2014年07月02日08:25
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LED照明第二幕（三）东芝的实用化突飞猛进，有望实现“发光的线”
LED照明第二幕（二）绿色LED取得突破，利用Si基板大幅削减成本
LED照明第二幕（一）刷新基本构造，突破发光效率、成本和亮度壁垒
GaN基板主要有两大作用
采用新基板而非蓝宝石基板的LED还有一项技术也备受关注，即使用GaN基板的“GaN on GaN”技术（图11）。该技术主要有两大效果。一是（3）的使LED芯片流过加载大电流密度，大幅提高亮度。二是（4）确保高显色指数，实现眩光少、不伤眼睛的光。
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图11：GaN on GaN也开始实现产品化 Soraa公司采用GaN on GaN技术的紫色LED的特性和产品（a、b），以及日本碍子的GaN基板及蓝色和绿色LED的试制示例。发挥了GaN on GaN技术在大电流密度下也能实现高发光效率的特点。（图（a）由Soraa公司提供，照片由各公司提供） |
GaN on GaN之所以能大幅提高亮度，是因为GaN基板与GaN晶体的晶格常数基本一致，GaN晶体中的线缺陷非常少。这样，即使提高电流密度，发光效率的降幅也很小。
开发GaN基板的日本碍子已开始生产线缺陷密度为106个/cm2的4英寸（100mm）晶圆。这一密度还不到在蓝宝石基板上采用GaN时的1/100。据日本碍子研究开发本部晶圆项目部长吉野隆史介绍，“在实验室已经实现105个/cm2。预计在不久的将来可实现104个/cm2”注3）。
注3）不过，并不是说线缺陷密度越低，就越能维持发光效率。“即使线缺陷减少，还有点缺陷，因此将线缺陷密度降到1×107个/cm2以下并没有多大意义”（名古屋大学的天野）。
2mm见方芯片实现大光通量
采用GaN on GaN技术量产LED的少数厂商之一——美国Soraa公司*公布了10A/mm2的数据，即以普通LED几十倍的电流密度驱动，外部量子效率也在约55％以上（图11）。
*Soraa＝采用GaN on GaN技术从事LED芯片、LED封装和LED照明器具业务的厂商。由美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的三名教授于2008年创建。这三名创始人中有一人是原来在日亚化学工业工作的中村修二。
这相当于能在约2mm见方的LED芯片上实现西铁城电子利用发光部直径为38.2mm的大型COB实现的2万3549lm的光通量注4）。此时的发光效率推测高达160lm/W以上。不过，如何散热是个问题。
注4）这是《日经电子》根据外部量子效率推测的、实现白色发光时的发光效率。因为Soraa的LED为紫色LED，无法直接定义有效发光效率。
日本碍子也与名古屋大学共同试制了采用该公司GaN晶圆的蓝色LED，电流密度约为2A/mm2时，内部量子效率高达约90％。绿色LED也高达60％。
该用途存在的课题也是实现超高亮度时的散热问题。由于发光面积较小，热量会集中在这个面积上。
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