旭明高亮度MvpLED 介紹

1、簡介：
氮化鎵LED目前廣泛應用于各種手持式設備、背光組件、相機閃光燈與全彩戶外大型顯示器，但是傳統(tǒng)以藍寶石基板為主流之氮化鎵LED結構，其亮度輸出不足，使其在固態(tài)照明市場的應用上有所局限。這主要是因為LED的散熱管理不佳與高功率芯片操作時無法負荷大電流的輸入。一般說來，LED磊晶層乃生長于不同之基板例如藍寶石基板或碳化硅基板。然而，由于藍寶石基板不導電與導熱效率差，碳化硅基板成本相對較高，因此將氮化鎵LED制作在導電與導熱的金屬基層上后，這些問題是可以克服的。這項技術為旭明光電領先開發(fā)，旭明所開發(fā)的垂直型金屬基層MvpLED (metal vertical photon LEDs，)，是經由低成本量產程序，使用創(chuàng)新垂直型設計與先進的金屬合金層。這種LED發(fā)光體與傳統(tǒng)藍寶石基板型式LED或覆晶封裝型LED，相對具有眾多優(yōu)點且在驅動電流350mA時具有最佳發(fā)光效率的LED。

2、各種LED晶粒型式的比較：
傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED，覆晶型式氮化鎵LED與垂直型金屬基層MvpLED為常見的LED類型。對于傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED來說，由于藍寶石基板不導電，所以必須將p型與n型電極制作于同一面，n型電極之制作為藉由蝕刻方式，將p型氮化鎵與量子井發(fā)光結構區(qū)蝕刻，因此，在可作用發(fā)光的區(qū)塊，就因此少了將近20-30%。另外，傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED之電流傳輸，從正極到負極為水平流向，此時，電流容易在n型電極下方產生電流擁擠現象，造成操作電壓上升并增加動態(tài)電阻而增加組件的溫度。還有一個眾所皆知的特性是，由于p型氮化鎵材料的基本特性，電流無法在上面散布開，因此傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED的p型氮化鎵上必需增加制作透明電極層幫助電流分布但是，透明電極層的制作又會吸光，降低發(fā)光亮度。再者，藍寶石基板之傳導率較低(35W/mK)，所以其傳熱效率較差，僅適合小電流操作。對于覆晶型式氮化鎵LED來說，一樣需將p型與n型電極制作于同一面，發(fā)光區(qū)域一樣會減少，電流傳輸方向也是水平流向，依然有電流擁擠造成動態(tài)電阻增加的現象。而且，由于覆晶的方法多以焊接方式制作，導熱效果與直接接金屬基板的垂直型金屬基層MvpLED比起來較小。

3、旭明光電垂直型金屬基層MvpLED技術優(yōu)點：
旭明以特有專利申請中的磊晶沉漬技術，此技術是LED在藍寶石基材上成長額外的結構，此結構使得藍寶石基材可以移除。LED在金屬基層上形成之后，也在n-GaN表面上制作圖案來克服氮化鎵材料內部的光全反射損失，增加取光效率。旭明光電的垂直型金屬基層MvpLED技術克服了傳統(tǒng)型與覆晶封裝型的效率不佳的問題，舉例而言，第一點，此技術并不需移除n型電極接腳上的任何東西，同尺寸晶粒下，傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED相比較而言，其發(fā)光的面積較大。第二點，因為電源以垂直方向流經組件而大幅降低動態(tài)電阻，而電流聚集也被可避免。再者，由于n型氮化鎵本身具有較好的電傳導率，在無須制作透明電極層的情況下，依然具有很好的電流散布，因此沒有透明電極吸光而降低亮度的困擾，可具有較高亮度的光輸出。第三點，由于垂直型金屬基層MvpLED之金屬基層具有很高的熱傳導率，所以垂直型金屬基層MvpLED的導熱效率很好。第四點，垂直型金屬基層MvpLED的出光方向為單一方向，向上射出，而傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED的出光方向確有六個面向來射出，因此不論在克服全反射效應的出光或于封裝晶粒時將光收集的效應來看，垂直型金屬基層MvpLED具有最好的光取出與光收集，達成最佳發(fā)光的效率。綜合以上所言，垂直型金屬基層MvpLED可以實現固態(tài)照明應用上時之高工作電流與高功率操作之要求。

4、MvpLED組件優(yōu)點：
根據各種不同基板之熱傳導率比較，相較于一般目前商業(yè)化所用的晶?；模{寶石、硅板、鍺、氮化鎵、碳化硅來說，MvpLED之金屬基層具有相對較高之熱傳導率，顯示具有更加的散熱能力。 旭明已使用垂直型金屬基層MvpLED技術在15mil, 24mil, 28 mil, 40 mil, 60 mil不同晶粒尺寸的制作。

5、卓越的MvpLED組件操作特性：
比較垂直型金屬基層MvpLED與傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED之電流-電壓(I-V)曲線，當順向偏壓驅動電流為350mA時，垂直型金屬基層MvpLED之順向電壓比統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED之順向電壓少0.2V。再由曲線的斜率大小可以發(fā)現，垂直型金屬基層MvpLED之動態(tài)電阻只有0.7Ω，此結果小于傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED的1.1Ω，這是因為傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED電流傳輸為水平方向而且電流會有在n型電極下的擁擠現象所造成較大的動態(tài)電阻。值得一提的是，較小的操作電壓表示輸入功率與光輸出功率所計算之發(fā)光效率可以提升。較低的操作動態(tài)電阻也顯示了有較少的熱產生，優(yōu)于傳統(tǒng)之設計。根據輸入電流與輸出光亮度關系圖(L-I)，垂直型金屬基層MvpLED可以通3000mA的大電流(Pulse mode)，即使電流再增加也不會使輸出飽和，這是因為此設計的金屬合金基層的導熱特性較佳所具有的優(yōu)越表現。這種具有大電流操作特性的組件來說，垂直型金屬基層MvpLE擁有最佳的散熱金屬基層，容許大電流的操作。對于固態(tài)照明的應用來說，操作大電流以實現足夠照明亮度的需求應用，垂直型金屬基層MvpLED實為固態(tài)照明應用上的首選。經由制造不同尺寸的垂直型金屬基層MvpLED芯片并計算其歸一化(相同電流密度)之單位輸出光亮度，旭明證明了垂直型金屬基層MvpLED在不同尺寸上的優(yōu)異表現。傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED會有隨著芯片尺寸增大而其效能于相同電流密度下卻反之下降，而這個現象在垂直型金屬基層MvpLED芯片并未出現，而且維持在同樣的發(fā)光效率。所以旭明可以說，以單一種垂直型金屬基層MvpLED的技術，就可以實現在不同晶粒尺寸的制作技術。

6、MvpLED組件可靠度分析與發(fā)光效率發(fā)展藍圖：
40mil 的垂直型金屬基層MvpLED可靠度測試效果顯示，此芯片是以硅膠填充封裝(SMD type)并安裝在散熱鰭片上。這項測試分別以350mA(SL-V-B40AC)與700mA(SL-V-B40AC2)兩種驅動電流。旭明可以達到 100 lm/W的白光LED，在3,000小時的連續(xù)燒機測試后其光輸出功率只稍微下降了10%。在旭明大多數客戶一般使用時的溫度為室溫情況下，可觀察到其光輸出功率并無明顯的下降。根據旭明在晶粒發(fā)光功率提升之發(fā)展藍圖，一般白熾燈泡的發(fā)光效率為8-15 lm/W，省電燈管發(fā)光效率約在60-65 lm/W，而日光燈管發(fā)光效率大約有80-100 lm/W。旭明光電在2005年公司成立，同年第四季就發(fā)表了發(fā)光效率達62 lm/W高功率白光LED，與同期其它各國白光LED發(fā)展計劃相比，就已經是處領先之地位。2007年初，再度達成發(fā)光效率為80 lm/W的目標，一舉超越各國白光LED的發(fā)展計劃，此一發(fā)光效率也同時代表了未來白光LED將可取代省電燈泡在固態(tài)照明的應用，于2007年底，旭明也達成100 lm/W的發(fā)光效率目標，代表未來固態(tài)照明應用上，有潛力取代熒光燈管的使用。同時，旭明研發(fā)團隊的實驗室數據于2007年底，也達成110 lm/W的高發(fā)光效率目標。從目前的研發(fā)進度看來，150 lm/W發(fā)光效率的晶粒研發(fā)計劃預計可以在2009年底達成。已證實長時間的可靠度且有良好的散熱特性與100 lm/W的輸出功率，在在顯示出垂直型金屬基層MvpLED芯片優(yōu)于傳統(tǒng)型藍寶石基板之氮化鎵LED。垂直型金屬基層MvpLED已經目前以高良率地在量產制造中并且持續(xù)增加產出中。