“使用藍(lán)色LED的白色LED早晚會消失?！?/p>
據(jù)日經(jīng)技術(shù)在線報道，說出這句話的，是因開發(fā)出藍(lán)色LED而獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎的美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)教授中村修二。這是中村在2015年7月24日舉行的研討會“GaN掀起能源革命”上發(fā)表演講時說的。
液晶屏背照燈及照明等使用的白色LED，主要是由藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體組合而成的。中村指出，這種類型的白色LED“存在藍(lán)色光的峰值強度較高、容易引起睡眠障礙的問題”，也就是所謂的“藍(lán)光問題”。中村介紹的解決對策是美國Soraa公司銷售的白色LED。
Soraa是中村作為共同創(chuàng)始人(co-founder)設(shè)立的LED風(fēng)險企業(yè)，主要銷售在紫色LED芯片上組合使用紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)熒光體的白色LED。中村介紹，這種白色LED“通過紫色LED激發(fā)熒光體來獲得藍(lán)色光，因此藍(lán)色光的峰值強度不太高”。而且，還能輸出可見光波長范圍內(nèi)所有的光，因此可實現(xiàn)像太陽光一樣的理想白色。
效率提高約50%
紫色LED芯片本身就有很多優(yōu)點。比如，紫色LED芯片是在GaN基板上層疊GaN類半導(dǎo)體來制作的，屬于“GaN on GaN”型LED。因此，GaN類半導(dǎo)體層的晶體品質(zhì)很高?；迮cGaN類半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)等基本上沒有差異，因此很難出現(xiàn)被稱為“位錯”的晶體缺陷。
而普通的藍(lán)色LED芯片是在藍(lán)寶石基板上制作的。GaN類半導(dǎo)體與藍(lán)寶石的晶格常數(shù)等不同，因此容易出現(xiàn)位錯。
紫色LED芯片的形狀也十分獨特，為三角形。普通LED芯片的形狀為四角形，與之相比，三角形LED芯片的發(fā)光層發(fā)出的光線射到芯片外的效率(光提取效率)更高。
據(jù)中村介紹，由于紫色LED的晶體品質(zhì)及光提取效率都很高，因此光輸出除以投入電力所得到的“WPE(wall-plug efficiency，電光轉(zhuǎn)換效率)”可達(dá)到84%。而普通藍(lán)色LED的WPE僅為50～60%。
紫色LED芯片的另一特點是不易出現(xiàn)“光效下降(droop)”問題。光效下降是為了提高發(fā)光強度而增加驅(qū)動電流密度時，引起的發(fā)光效率下降的現(xiàn)象，也是提高亮度時存在的一大課題。而GaN on GaN型產(chǎn)品的晶體品質(zhì)較高，與藍(lán)寶石基板型產(chǎn)品相比，不易發(fā)生光效下降問題。因此，與藍(lán)寶石基板型產(chǎn)品相比，GaN基板型產(chǎn)品可使電流密度提高至5～10倍。
不過，GaN基板型產(chǎn)品也不能完美解決光效下降問題，電流密度的提高存在界限。
激光照明為第三代產(chǎn)品
因此，中村一直在大力研究使用半導(dǎo)體激光器的照明。如果將藍(lán)寶石基板型產(chǎn)品視為第一代SSL(solid state lighting：固體照明)的話，那么GaN基板型產(chǎn)品就是第二代，而激光器照明就是第三代產(chǎn)品。
中村介紹，使用半導(dǎo)體激光器的話，即便將電流密度提高至LED的近1000倍，也基本上不會對發(fā)光效率產(chǎn)生影響。
因此，獲得相同亮度所需要的芯片面積就能大幅縮小。比如，要獲得60W的白色光，藍(lán)寶石基板型LED需要28平方毫米的面積，而使用半導(dǎo)體激光器的話，只需要0.3平方毫米。
目前，藍(lán)色半導(dǎo)體激光器存在成本和效率問題。中村表示，“成本是藍(lán)色LED的10倍，而效率(WPE)卻只有30%，僅為藍(lán)色LED的一半左右。因此，必須將成本降低到1/10，效率提高到兩倍”。他對解決這些問題充滿信心。
在著名投資者的建議下創(chuàng)業(yè)
演講時，中村還提到了創(chuàng)辦Soraa的原因。該公司是由包括中村在內(nèi)的三名UCSB教授于2008年成立的。為此提供契機的是美國著名風(fēng)險投資人維諾德·科斯拉(Vinod Khosla)。科斯拉看到中村的研究小組發(fā)表的2006年的研究成果后，便勸說中村創(chuàng)業(yè)。
Soraa從2012年開始在美國銷售LED燈，2013年開始在日本等美國以外的國家銷售。2014年的銷售額達(dá)到約40億日元，實現(xiàn)了快速增長。
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