LED照明第二幕（五）基板表面加工技術也進入第二階段

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PSS（Patterned Sapphire Substrate）是有助於大幅提高LED發光效率的技術之一。該技術通過在藍寶石基板表面形成數μm間距的凹凸圖案，能將LED的光提取效率提高2∼3成。2003∼2004年，旨在提高LED光提取效率的研究興起，並在這一過程中發現了該技術，2009年前后開始用於量產品。可以說，目前大部分LED都採用該技術。

PSS之所以能提高光提取效率，是因為GaN發出的光在基板上反射時，PSS能抑制向接近基板的水平方向反射的光。這部分光線在LED芯片內部反復進行全反射，無法放射到外部。雖然道理很簡單，但制作什麼形狀的凹凸圖案其實有很多技巧。

圖A-1：微細加工技術或能大幅提高發光效率 對藍寶石基板等的表面進行微細加工的技術及其效果。

光提取效率由30％提高到80％

凹凸圖案技術最近取得了很大的進步。例如，理化學研究所光量子工學研究項目太赫茲量子元件研究小組的平山秀樹等發現了將凹凸圖案的間距縮小至原來的1/10，可將深紫外LED的光提取效率由PSS的約30％提高到正面方向最大80％的可能性注A-1）。

注A-1）目前處於模擬階段，接下來將進入評估試制品、進行驗証的階段。

據開發出圖案形成裝置的東芝機械公司介紹，“微細圖案並不單單控制反射，還發揮光子晶體的功能”。光子晶體是人工構成約為波長1/2周期的材料，能以高反射率反射或透射特定波長的光。

王子控股公司面向紫外LED開發出了升級版PSS的“復合構造PSS”技術。正面方向的光提取效率是不採用該構造時的2.4倍。復合構造PSS在原來為數μm間距的凹凸構造中加入了1/10間距的凹凸圖案，王子控股稱之為“碎形構造”。認為這種微細構造能降低GaN的晶體缺陷。

王子控股計劃2016年開始銷售採用該微細加工技術的直徑2∼6英寸（約50∼150mm）的PSS。該公司此前沒有供貨過LED用藍寶石基板，屬於新涉足的廠商。（作者：野澤哲生，日經技術在線！供稿）