旭明高亮度MvpLED 介紹

1、簡(jiǎn)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(hù)外大型顯示器，但是傳統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(chǎng)的應用上有所局限。這主要是因為L(cháng)ED的散熱管理不佳與高功率芯片操作時(shí)無(wú)法負荷大電流的輸入。一般說(shuō)來(lái)，LED磊晶層乃生長(cháng)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(wèn)題是可以克服的。這項技術(shù)為旭明光電領(lǐng)先開(kāi)發(fā)，旭明所開(kāi)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 )新垂直型設計與先進(jìn)的金屬合金層。這種LED發(fā)光體與傳統藍寶石基板型式LED或覆晶封裝型LED，相對具有眾多優(yōu)點(diǎn)且在驅動(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(jiàn)的LED類(lèi)型。對于傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED來(lái)說(shuō)，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)光結構區蝕刻，因此，在可作用發(fā)光的區塊，就因此少了將近20-30%。另外，傳統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(shí)，電流容易在n型電極下方產(chǎn)生電流擁擠現象，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(wú)法在上面散布開(kāi)，因此傳統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(huì )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(lái)說(shuō)，一樣需將p型與n型電極制作于同一面，發(fā)光區域一樣會(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(lái)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(zhuān)利申請中的磊晶沉漬技術(shù)，此技術(shù)是LED在藍寶石基材上成長(cháng)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(lái)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(shù)克服了傳統型與覆晶封裝型的效率不佳的問(wèn)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(diǎn)，因為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率，在無(wú)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(méi)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率，所以垂直型金屬基層MvpLED的導熱效率很好。第四點(diǎn)，垂直型金屬基層MvpLED的出光方向為單一方向，向上射出，而傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED的出光方向確有六個(gè)面向來(lái)射出，因此不論在克服全反射效應的出光或于封裝晶粒時(shí)將光收集的效應來(lái)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(shí)現固態(tài)照明應用上時(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?；?，藍寶石、硅板、鍺、氮化鎵、碳化硅來(lái)說(shuō)，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(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與傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED之電流-電壓(I-V)曲線(xiàn)，當順向偏壓驅動(dòng)電流為350mA時(shí)，垂直型金屬基層MvpLED之順向電壓比統型藍寶石基板之氮化鎵LED之順向電壓少0.2V。再由曲線(xiàn)的斜率大小可以發(fā)現，垂直型金屬基層MvpLED之動(dòng)態(tài)電阻只有0.7Ω，此結果小于傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED的1.1Ω，這是因為傳統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(huì )有在n型電極下的擁擠現象所造成較大的動(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)于傳統之設計。根據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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，操作大電流以實(shí)現足夠照明亮度的需求應用，垂直型金屬基層MvpLED實(shí)為固態(tài)照明應用上的首選。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。傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED會(huì )有隨著(zhù)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(shuō)，以單一種垂直型金屬基層MvpLED的技術(shù)，就可以實(shí)現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(dòng)電流。旭明可以達到 100 lm/W的白光LED，在3,000小時(shí)的連續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(hù)一般使用時(shí)的溫度為室溫情況下，可觀(guān)察到其光輸出功率并無(wú)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(jīng)是處領(lǐng)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(shí)代表了未來(lái)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(lái)固態(tài)照明應用上，有潛力取代熒光燈管的使用。同時(shí)，旭明研發(fā)團隊的實(shí)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(jìn)度看來(lái)，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(shí)長(cháng)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)于傳統型藍寶石基板之氮化鎵LED。垂直型金屬基層MvpLED已經(jīng)目前以高良率地在量產(chǎn)制造中并且持續增加產(chǎn)出中。