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曾老師
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前言
發(fā)光二極管（LED）作為將電能變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體元件在電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，與電燈的白光不同的是，這種光的顏色的特點(diǎn)是由半導(dǎo)體材料來決定的。
對(duì)于光和色的關(guān)系，牛頓的著作"光學(xué)"中作了論述"光線是沒有顏色的，不過，光線具有能產(chǎn)生色感的性質(zhì)"。人們知道，由于具備與光的三種基色"紅、綠、藍(lán)"相對(duì)應(yīng)的三種錐體，因此就能產(chǎn)生色感。
到了上世紀(jì)90年代，使用Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體的明亮的藍(lán)色和純綠色LED已產(chǎn)品化，實(shí)現(xiàn)了LED的全色顯示器。Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體*的特點(diǎn)就是能夠發(fā)出藍(lán)、綠色的光。由于具有直接轉(zhuǎn)移型的能帶構(gòu)造，其禁帶涉及從1.9eV到6.2eV很寬的范圍。
回顧一下研發(fā)史有兩個(gè)重大的突破，因?yàn)榇硇缘蘑笞宓锇雽?dǎo)體GaN，處于生長溫度中的氮的平衡氣壓很高，大量制作單結(jié)晶存在困難，單結(jié)晶的制備并不是*外延生長獲得的。從結(jié)晶構(gòu)造的相似性及對(duì)熱的化學(xué)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來看，使用的基板主要是藍(lán)寶石。不過。因?yàn)樗{(lán)寶石基板和GaN的晶格常數(shù)之差和熱膨系數(shù)之差都很大，所以要獲得平坦一致的優(yōu)良的GaN結(jié)晶存在著困難。再者，顯示p型傳導(dǎo)性的結(jié)晶至今仍未實(shí)現(xiàn)。
*個(gè)突破是1986年赤崎教授等用有機(jī)金屬氣相成長（MOVPE）法把AlN（氮化鋁）低溫堆積緩沖層引入到藍(lán)寶石基板上，而成功地生長了質(zhì)量極高的GaN結(jié)晶。還有，第二個(gè)突破是1989年赤崎教授用添加Mg（鎂）的GaN電子束照射法制成p型半導(dǎo)體的同時(shí)，成功制成pn接合型藍(lán)色LED。由于這些領(lǐng)先的研究成果，Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體器件取得了飛躍的進(jìn)步。
豐田合成自1986年起在赤崎教授的指導(dǎo)下，走在別的公司的前面，開始進(jìn)行研發(fā)，成功地在藍(lán)寶石基板上用AlN低溫堆積緩沖層生長了高質(zhì)量的GaInN/GaN結(jié)晶。
1995年10月，亮度2cd的散裝高亮度藍(lán)色LED實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。1997年4月，具有多重量子井型構(gòu)造的亮度2.5cd藍(lán)色LED，5cd綠色LED實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化?，F(xiàn)在其亮度達(dá)到藍(lán)色3cd，綠色8cd及更高的亮度。
藍(lán)色、綠色LED的市場年年在擴(kuò)大，除了當(dāng)初大型全色顯示器為主流市場之外，也在掃描器光源、信號(hào)燈器具、汽車用品等方面能得到應(yīng)用。最近，特別是作為便攜機(jī)的液晶背光應(yīng)用方面有所進(jìn)展，市場會(huì)發(fā)展得很大。
本文介紹能夠與這樣的市場需求相適應(yīng)而開發(fā)的彩色液晶背光用LED（多白光）的開發(fā)觀念和特點(diǎn)。
市場趨勢(shì)
由于作為彩色液晶用背光源，Ⅲ族氮化物系列LED開始引起人們的注意，日本的移動(dòng)電話暢銷而壯大。電子郵件、因特網(wǎng)的需求增加的同時(shí)，顯示部分的多顏色化也快速發(fā)展，1999年，彩色液晶模塊也已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。（圖1）。
移動(dòng)電話的彩色液晶中，使用的是低電耗觀點(diǎn)為主的、半透射反射型的STN。從相同的觀點(diǎn)來看，背光源中，使用的是如圖2所示發(fā)光頻譜的白色LED。而個(gè)人數(shù)字助理（PDA）中，代表性的便攜機(jī)使用的是與透明用途相符合的、各種形式的液晶顯示器。重視像質(zhì)的模塊中，使用的是TFT透射型液晶和如圖3所示的發(fā)光頻譜的三個(gè)波長熒光燈的組合。
因此，便攜機(jī)中用的顯示器中，重視耗電少，薄型量輕的型式，重視高可視性、顏色重現(xiàn)性的型式等，與各種用途相適應(yīng)，要了解各種顯示器的正確使用方法。為此，同樣也要了解背光源的使用方法。其選定的理由考慮到表1的基準(zhǔn)點(diǎn)比較結(jié)果。
移動(dòng)電話用白色LED在電耗小，小巧量輕方面是很優(yōu)秀的，但是，可視性和顏色重現(xiàn)性方面就比較差。而熒光燈畫面大，小型量輕方面有利，也不可一概而論，但作便攜機(jī)用，要求耗電更少。
開發(fā)產(chǎn)品（多白色）
多白色（圖4）是由紅、綠、藍(lán)組合而成的三波長型LED背光，這種型式以住已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，而為彩色液晶背光專門設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也不例外。便攜機(jī)用小型彩色液晶方面，從可視性，顏色重現(xiàn)性提高的觀點(diǎn)看，透射型TFT用及場序用三波長型的LED要開始進(jìn)行研究。為適應(yīng)這樣的市場需求，對(duì)準(zhǔn)攜帶性、可視性和顏色重現(xiàn)性為目的的，以兼有白色LED和熒光燈優(yōu)點(diǎn)的發(fā)光器件為目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)。
多白色是將兩個(gè)紅色、兩個(gè)綠色、一個(gè)藍(lán)色共五個(gè)LED安裝在同一器件中。發(fā)白光時(shí)，各元件的負(fù)荷是均等的，為使發(fā)光效率達(dá)到*，將紅色的發(fā)熱量控制到*限度。也有防止由于溫度變化而使亮度降低的目的。進(jìn)一步說，鄰近的元件配置對(duì)背光的內(nèi)表面亮度和色度分布均一也有貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在客戶企望的是藍(lán)色，用2個(gè)紅色、1個(gè)綠色、2個(gè)藍(lán)色的方法提供也是可能的。
三波長型產(chǎn)品尺寸、白色平衡的處理方法等課題很多，可以說是符合來源于光的三基色電子顯示器原理。表2中圖5和6對(duì)多白色的概況作了介紹。
今后的展望
作為彩色液晶用背光源，對(duì)三波長型LED的實(shí)用性研究還僅僅是開始，溫度依賴性、驅(qū)動(dòng)電路等待解決的課題還很多，本公司追求更加高的亮度、小型化，因而制訂了不少計(jì)劃。
結(jié)束語
由于用AlN緩沖層的結(jié)晶質(zhì)量提高等劃時(shí)代的研究成果，藍(lán)色和純綠色的LED已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，因光的三基色顏色一致，已開始廣大充分發(fā)揮LED特點(diǎn)的市場。除了大型全色顯示器外，也可以在便攜機(jī)上使用，特別是作為液晶背光源會(huì)引人注目。
本文介紹了背光用LED的發(fā)展趨勢(shì)及開發(fā)的產(chǎn)品（多白光），對(duì)Ⅲ族氮化物系列材料，作為許多研究人員以課題而提出的大有希望的材料，有了明確的認(rèn)識(shí)。此外，還報(bào)導(dǎo)了紫外線、激光等的研究成果，我們準(zhǔn)備向應(yīng)用開發(fā)邁進(jìn)。
