旭明高亮度MvpLED 介紹

1、簡(jiǎn)介：
氮化鎵LED目前廣泛應(yīng)用于各種手持式設(shè)備、背光組件、相機(jī)閃光燈與全彩戶外大型顯示器，但是傳統(tǒng)以藍(lán)寶石基板為主流之氮化鎵LED結(jié)構(gòu)，其亮度輸出不足，使其在固態(tài)照明市場(chǎng)的應(yīng)用上有所局限。這主要是因?yàn)長(zhǎng)ED的散熱管理不佳與高功率芯片操作時(shí)無法負(fù)荷大電流的輸入。一般說來，LED磊晶層乃生長(zhǎng)于不同之基板例如藍(lán)寶石基板或碳化硅基板。然而，由于藍(lán)寶石基板不導(dǎo)電與導(dǎo)熱效率差，碳化硅基板成本相對(duì)較高，因此將氮化鎵LED制作在導(dǎo)電與導(dǎo)熱的金屬基層上后，這些問題是可以克服的。這項(xiàng)技術(shù)為旭明光電領(lǐng)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(jīng)由低成本量產(chǎn)程序，使用創(chuàng)新垂直型設(shè)計(jì)與先進(jìn)的金屬合金層。這種LED發(fā)光體與傳統(tǒng)藍(lán)寶石基板型式LED或覆晶封裝型LED，相對(duì)具有眾多優(yōu)點(diǎn)且在驅(qū)動(dòng)電流350mA時(shí)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(lán)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(duì)于傳統(tǒng)型藍(lán)寶石基板之氮化鎵LED來說，由于藍(lán)寶石基板不導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(lán)寶石基板之氮化鎵LED之電流傳輸，從正極到負(fù)極為水平流向，此時(shí)，電流容易在n型電極下方產(chǎn)生電流擁擠現(xiàn)象，造成操作電壓上升并增加動(dòng)態(tài)電阻而增加組件的溫度。還有一個(gè)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(lán)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(huì)吸光，降低發(fā)光亮度。再者，藍(lán)寶石基板之傳導(dǎo)率較低(35W/mK)，所以其傳熱效率較差，僅適合小電流操作。對(duì)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(huì)減少，電流傳輸方向也是水平流向，依然有電流擁擠造成動(dòng)態(tài)電阻增加的現(xiàn)象。而且，由于覆晶的方法多以焊接方式制作，導(dǎo)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(shù)優(yōu)點(diǎn)：
旭明以特有專利申請(qǐng)中的磊晶沉漬技術(shù)，此技術(shù)是LED在藍(lán)寶石基材上成長(zhǎng)額外的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)使得藍(lán)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(nèi)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(shù)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(diǎn)，此技術(shù)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(lán)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(diǎn)，因?yàn)?span id="x499eom" class=hrefStyle>電源以垂直方向流經(jīng)組件而大幅降低動(dòng)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(dǎo)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(diǎn)，由于垂直型金屬基層MvpLED之金屬基層具有很高的熱傳導(dǎo)率，所以垂直型金屬基層MvpLED的導(dǎo)熱效率很好。第四點(diǎn)，垂直型金屬基層MvpLED的出光方向?yàn)閱我环较?，向上射出，而傳統(tǒng)型藍(lán)寶石基板之氮化鎵LED的出光方向確有六個(gè)面向來射出，因此不論在克服全反射效應(yīng)的出光或于封裝晶粒時(shí)將光收集的效應(yīng)來看，垂直型金屬基層MvpLED具有最好的光取出與光收集，達(dá)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(shí)現(xiàn)固態(tài)照明應(yīng)用上時(shí)之高工作電流與高功率操作之要求。

4、MvpLED組件優(yōu)點(diǎn)：
根據(jù)各種不同基板之熱傳導(dǎo)率比較，相較于一般目前商業(yè)化所用的晶粒基材，藍(lán)寶石、硅板、鍺、氮化鎵、碳化硅來說，MvpLED之金屬基層具有相對(duì)較高之熱傳導(dǎo)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(shù)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(lán)寶石基板之氮化鎵LED之電流-電壓(I-V)曲線，當(dāng)順向偏壓驅(qū)動(dòng)電流為350mA時(shí)，垂直型金屬基層MvpLED之順向電壓比統(tǒng)型藍(lán)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(xiàn)，垂直型金屬基層MvpLED之動(dòng)態(tài)電阻只有0.7Ω，此結(jié)果小于傳統(tǒng)型藍(lán)寶石基板之氮化鎵LED的1.1Ω，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)型藍(lán)寶石基板之氮化鎵LED電流傳輸為水平方向而且電流會(huì)有在n型電極下的擁擠現(xiàn)象所造成較大的動(dòng)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(jì)算之發(fā)光效率可以提升。較低的操作動(dòng)態(tài)電阻也顯示了有較少的熱產(chǎn)生，優(yōu)于傳統(tǒng)之設(shè)計(jì)。根據(jù)輸入電流與輸出光亮度關(guān)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(huì)使輸出飽和，這是因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)的金屬合金基層的導(dǎo)熱特性較佳所具有的優(yōu)越表現(xiàn)。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(duì)于固態(tài)照明的應(yīng)用來說，操作大電流以實(shí)現(xiàn)足夠照明亮度的需求應(yīng)用，垂直型金屬基層MvpLED實(shí)為固態(tài)照明應(yīng)用上的首選。經(jīng)由制造不同尺寸的垂直型金屬基層MvpLED芯片并計(jì)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(xiàn)。傳統(tǒng)型藍(lán)寶石基板之氮化鎵LED會(huì)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(gè)現(xiàn)象在垂直型金屬基層MvpLED芯片并未出現(xiàn)，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(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)在不同晶粒尺寸的制作技術(shù)。

6、MvpLED組件可靠度分析與發(fā)光效率發(fā)展藍(lán)圖：
40mil 的垂直型金屬基層MvpLED可靠度測(cè)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(xiàng)測(cè)試分別以350mA(SL-V-B40AC)與700mA(SL-V-B40AC2)兩種驅(qū)動(dòng)電流。旭明可以達(dá)到 100 lm/W的白光LED，在3,000小時(shí)的連續(xù)燒機(jī)測(cè)試后其光輸出功率只稍微下降了10%。在旭明大多數(shù)客戶一般使用時(shí)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(jù)旭明在晶粒發(fā)光功率提升之發(fā)展藍(lán)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(dá)62 lm/W高功率白光LED，與同期其它各國(guó)白光LED發(fā)展計(jì)劃相比，就已經(jīng)是處領(lǐng)先之地位。2007年初，再度達(dá)成發(fā)光效率為80 lm/W的目標(biāo)，一舉超越各國(guó)白光LED的發(fā)展計(jì)劃，此一發(fā)光效率也同時(shí)代表了未來白光LED將可取代省電燈泡在固態(tài)照明的應(yīng)用，于2007年底，旭明也達(dá)成100 lm/W的發(fā)光效率目標(biāo)，代表未來固態(tài)照明應(yīng)用上，有潛力取代熒光燈管的使用。同時(shí)，旭明研發(fā)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)于2007年底，也達(dá)成110 lm/W的高發(fā)光效率目標(biāo)。從目前的研發(fā)進(jìn)度看來，150 lm/W發(fā)光效率的晶粒研發(fā)計(jì)劃預(yù)計(jì)可以在2009年底達(dá)成。已證實(shí)長(zhǎng)時(shí)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(lán)寶石基板之氮化鎵LED。垂直型金屬基層MvpLED已經(jīng)目前以高良率地在量產(chǎn)制造中并且持續(xù)增加產(chǎn)出中。