前言
白光LED依照發(fā)光方式，大致上可以分成3種，其中波長(zhǎng)介于410~460nm的藍(lán)光LED+黃色熒光體產(chǎn)生白光的方式最普遍，同時(shí)也是效率與量產(chǎn)性最好的方式，不過(guò)各LED廠(chǎng)商握有各式各樣的專(zhuān)利，加上熒光體本身的生產(chǎn)管理還未建立，因此不易作低價(jià)大量生產(chǎn)。
除此之外波長(zhǎng)介于365~460nm的紫外光+RGB熒光體的白光方式，以及組合RGB三個(gè)光原色方式同樣可以獲得白光，不過(guò)紫外光方式的封裝材料與周邊組件，長(zhǎng)時(shí)間暴露在紫外光環(huán)境下有劣化之虞，RGB方式則有波長(zhǎng)漂移與控制復(fù)雜等困擾，因此國(guó)外業(yè)者開(kāi)發(fā)雙波長(zhǎng)白光LED。
發(fā)展歷程
圖1是傳統(tǒng)藍(lán)光LED+熒光體，與雙波長(zhǎng)白光LED的封裝結(jié)構(gòu)比較，由圖可知雙波長(zhǎng)白光LED具備不需作熒光體比率換算與含有量管理，同時(shí)還可以徹底解決RGB三原色LED驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化問(wèn)題，獲得的輝度、波長(zhǎng)、演色性，還可以在一定范圍內(nèi)自由調(diào)整。
圖2是傳統(tǒng)白光LED與雙波長(zhǎng)白光LED的發(fā)光原理比較，由圖可知傳統(tǒng)白光LED，利用熒光體包覆GaN系藍(lán)色芯片獲得白光，雙波長(zhǎng)白光LED則利用芯片單體獲得白光。
雙波長(zhǎng)白光LED基本結(jié)構(gòu)是在芯片單體上，同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)光與黃綠光，再以極短距離使藍(lán)光與黃綠光混色獲得擬似白光，該擬似白光具有傳統(tǒng)白光LED無(wú)法達(dá)成的高透明純凈感。
圖3是傳統(tǒng)白光LED與雙波長(zhǎng)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)比較，由于LED廠(chǎng)商握有各式各樣的專(zhuān)利，因此此處只能作概略性說(shuō)明。如圖所示雙波長(zhǎng)白光LED芯片的緩沖Multi Dot Active主要是由：
˙多點(diǎn)主動(dòng)（Multi Dot Active）層
˙活性層
˙Air Ocean層
構(gòu)成，當(dāng)藍(lán)光與黃綠光兩相異波長(zhǎng)同時(shí)發(fā)光時(shí)，該部位扮演非常重要的角色，因此研究人員建立各模層的長(zhǎng)晶技術(shù)，使雙波長(zhǎng)白光LED能夠順利進(jìn)入實(shí)用階段。
雙波長(zhǎng)白光LED的特征
圖4是目前LED主流藍(lán)光LED+黃色熒光體，與雙波長(zhǎng)LED的組件特性比較結(jié)果，由圖可知雙波長(zhǎng)LED的主要特征，分別是：
˙制程上可以調(diào)整色調(diào)分布不均
˙可作白色以外發(fā)光
˙長(zhǎng)壽命
主流藍(lán)光LED+黃色熒光體組合的白光LED，最大問(wèn)題是它的黃色熒光體壽命，比藍(lán)光LED芯片壽命短。LED芯片的使用壽命隨著使用環(huán)境不同，大約是8~10萬(wàn)小時(shí)，然而熒光體的使用壽命卻只有1~4萬(wàn)小時(shí)。
相較之下雙波長(zhǎng)白光LED完全未使用熒光體，組件的使用壽命與LED芯片一致，可作長(zhǎng)時(shí)間使用，這意味著雙波長(zhǎng)白光LED，對(duì)今后照明用途應(yīng)用時(shí)具有深遠(yuǎn)的影響。
此外雙波長(zhǎng)白光LED完全未使用熒光體，它還可以透過(guò)芯片制作過(guò)程，調(diào)整色調(diào)的分布，尤其是傳統(tǒng)白光LED封裝時(shí)，藍(lán)光LED的波長(zhǎng)與光主力必需限制在狹窄的范圍內(nèi)，接著再利用熒光體的含量調(diào)整，進(jìn)行繁瑣復(fù)雜的制程控制，相較之下新型雙波長(zhǎng)白光LED，在制程的良品率具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
雖然目前絕對(duì)生產(chǎn)數(shù)量還未達(dá)到量化階段，不過(guò)雙波長(zhǎng)白光LED設(shè)計(jì)時(shí)采用較大的色調(diào)范圍，若將今后的普及化后牽動(dòng)的生產(chǎn)效率問(wèn)題，以及組件供應(yīng)一并列入考慮，新型雙波長(zhǎng)白光LED的成本，擁有絕對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，尤其是面對(duì)微型封裝與復(fù)數(shù)組件封裝時(shí)，它可以輕易滿(mǎn)足客戶(hù)要求的嚴(yán)苛基板光源光學(xué)特性。
新型雙波長(zhǎng)白光LED是由藍(lán)光、綠光構(gòu)成，因此可以作白色以外的柔性色彩發(fā)光，具體方法是控制水色系與藍(lán)綠色系的波長(zhǎng)，依此獲得的色調(diào)比使用熒光體的LED更純凈色彩，非常適合對(duì)色度要求非常嚴(yán)苛的LCD背光模塊使用。
上述發(fā)光亮度已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化階段，若與藍(lán)光LED+黃色熒光體的高輝度白光LED比較，新型雙波長(zhǎng)白光LED的輝度毫不遜色。
此外透過(guò)組件表面加工方法的改善，新型雙波長(zhǎng)LED的亮度比傳統(tǒng)白光LED更優(yōu)秀。有關(guān)新型雙波長(zhǎng)白光LED的演色性，由于它是由藍(lán)光+黃綠光構(gòu)成，因此幾乎沒(méi)有紅光混光的困擾。
波長(zhǎng)分布特性
如上所述新型雙波長(zhǎng)白光LED，利用藍(lán)光與黃綠光兩個(gè)相異波長(zhǎng)同時(shí)發(fā)光獲得白光。圖5是新型雙波長(zhǎng)白光的波長(zhǎng)特性，由圖可知藍(lán)光的峰值波長(zhǎng)大約是405nm，黃綠光的峰值波長(zhǎng)大約是570nm，因此幾乎沒(méi)有紅光成份。
新型雙波長(zhǎng)白光LED未來(lái)有待克服的課題，是擴(kuò)大黃綠光波長(zhǎng)范圍。相較之下目前主流藍(lán)光LED+黃色熒光體的白光LED組合，在黃色熒光體成份中含有紅光成份，因此它的演色性不如雙波長(zhǎng)白光LED。
圖6是接近黃綠光色調(diào)LED的波長(zhǎng)特性，由圖可知新型雙波長(zhǎng)白光LED的藍(lán)光峰值波長(zhǎng)幾乎固定，黃綠光的峰值波長(zhǎng)與流藍(lán)光LED+黃色熒光體的白光LED不同，非常接近530nm，這也是黃綠光與藍(lán)光組合后，能夠?qū)崿F(xiàn)軟調(diào)色彩的主要原因。
新型雙波長(zhǎng)白光LED的另一個(gè)特征，是混合黃綠光水色系的波長(zhǎng)分布特性。如圖7所示由于藍(lán)光變成強(qiáng)色調(diào)，因此藍(lán)光端的峰值波長(zhǎng)幾乎固定，黃綠光的峰值波長(zhǎng)則朝短波長(zhǎng)端移動(dòng)，相較之下其它色調(diào)的藍(lán)色端與綠色端輸出幾乎一定。
換言之新型雙波長(zhǎng)白光LED，主要降低綠色端的輸出，達(dá)成軟調(diào)色彩的目的，此處要強(qiáng)調(diào)的是新型雙波長(zhǎng)白光LED，可以依照實(shí)際需要在一定范圍內(nèi)，自由調(diào)整黃綠光與藍(lán)光的發(fā)光波長(zhǎng)，獲得前所未有的LED發(fā)光色。
以上介紹新型雙波長(zhǎng)白光LED的優(yōu)點(diǎn)，在此同時(shí)研究任人員充分利用傳統(tǒng)封裝技術(shù)，試圖改善新型雙波長(zhǎng)白光LED的缺點(diǎn)，藉此建立高輝度化、低成本的技術(shù)。
提高輝度除了選擇高效率封裝方式之外，透過(guò)磊晶封裝還可以有效提高輝度，還能夠增加新型雙波長(zhǎng)白光LED的附加價(jià)值。
雙波長(zhǎng)白光LED與藍(lán)光LED一樣，都是對(duì)靜電非常脆弱的InGaN系半導(dǎo)體組件，因此使用可以提高輝度的多芯片封裝方式時(shí)，必需同時(shí)將靜電保護(hù)組件一起封裝（圖8）。
一般AlGanInP系LED的VF值20mA時(shí)大約2V左右，InGaN系LED則高達(dá)3.3V，換句話(huà)說(shuō)InGaN系雙波長(zhǎng)白光LED，應(yīng)用在攜帶型電子機(jī)器時(shí)，必需使用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)IC。
使用新型封裝方式的雙波長(zhǎng)白光LED，并未調(diào)整LED的電流值，因此研究人員正在開(kāi)發(fā)利用定電壓驅(qū)動(dòng)發(fā)光組件，以及可以提高LED的演色性的封裝技術(shù)。
雙波長(zhǎng)LED芯片與紅光LED芯片一起封裝，經(jīng)過(guò)混色變成白光（圖9），然而如此一來(lái)各芯片彼此的VF值截然不同，隨著各LED芯片的輝度、波長(zhǎng)分布不同，必需進(jìn)行復(fù)雜的電流值限制調(diào)整。
此外封裝后的散熱、硅膠也是有待克服的課題，因此研究人員正在開(kāi)發(fā)全新的對(duì)策技術(shù)。
目前ψ3與ψ5炮彈型雙波長(zhǎng)白光LED已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，今后將推出3mm與5mm正方SMD用雙波長(zhǎng)白光LED。
圖10是抑制色調(diào)分布與組件高度，制成的超薄型LCD背光照明模塊，如圖所示白光LED直接固定在薄型基板表面，接著再搭配特殊遮光罩，與超薄型導(dǎo)光板進(jìn)行側(cè)邊發(fā)光，模塊總厚度只有0.25mm，非常適合移動(dòng)電話(huà)等攜帶型電子機(jī)器使用。
結(jié)語(yǔ)
以上介紹新型雙波長(zhǎng)白光LED。傳統(tǒng)紫外光+RGB熒光體，與RGB多芯片方式的白光LED，都有周?chē)M件容易劣化，或是波長(zhǎng)漂移、控制復(fù)雜等問(wèn)題。
新型雙波長(zhǎng)白光LED，除了可以徹底解決上述困擾之外，超短混色距離與純凈的色調(diào)，提供LED下游應(yīng)用廠(chǎng)商另一項(xiàng)選擇空間。未來(lái)如果順利改善封裝技術(shù)，與封裝后的散熱問(wèn)題，雙波長(zhǎng)白光LED可望在電子機(jī)器系統(tǒng)的薄型化，扮演非常重要角色。