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LED芯片知识大全

2010-04-07 15:59
林契于宸
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  一、LED历史

  50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,1962年,通用电气 公司的尼 克何伦亚克(NickHolonyakJr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料, 置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,即固体封装,所以能起到保护内部芯 线的作用,所以LED的抗震性能好。 最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信 号灯和大面积显 示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯 为例,在美国本来是采用长寿命、低光效的140瓦白炽灯 作为光源,它产生2000流明的白 光。经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中,Lumileds 公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。 汽车 信号灯也是LED光源应用的重要领域。

  二、LED芯片的原理:

   LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架 上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成, 一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电 子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用 于这个晶片的时候,电子 就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的 形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的 材料决定的。

  三、LED芯片的分类:

  1.MB芯片定义与特点 定义:MetalBonding(金属粘着)芯片;该芯片属于UEC的专利产品。 特点: (1)采用高散热系数的材料---Si作为衬底,散热容易。 ThermalConductivity GaAs:46W/m-K GaP:77W/m-K Si:125~150W/m-K Cupper:300~400W/m-k SiC:490W/m-K (2)通过金属层来接合(waferbonding)磊晶层和衬底,同时反射光子,避免衬底的吸收。 (3)导电的Si衬底取代GaAs衬底,具备良好的热传导能力(导热系数相差3~4倍),更适 应于高驱动电流领域。 (4)底部金属反射层,有利于光度的提升及散热。 (5)尺寸可加大,应用于Highpower领域,eg:42milMB。

  2.GB芯片定义和特点 定义:GlueBonding(粘着结合)芯片;该芯片属于UEC的专利产品。 特点: (1)透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底,其出光功率是传统AS(Absorbable structure) 芯片的2倍以上,蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底。 (2)芯片四面发光,具有出色的Pattern图。 (3)亮度方面,其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil)。 (4)双电极结构,其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片。

  3.TS芯片定义和特点 定义:transparentstructure(透明衬底)芯片,该芯片属于HP的专利产品。 特点: (1)芯片工艺制作复杂,远高于ASLED。 (2)信赖性卓越。 (3)透明的GaP衬底,不吸收光,亮度高。 (4)应用广泛。

  4.AS芯片定义与特点 定义:Absorbablestructure(吸收衬底)芯片;经过近四十年的发展努力,台湾LED光 电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售 处于成熟的阶段,各大公司在此方面的研发水平 基本处于同一水平,差距不大。 大陆芯片制造业起步较晚,其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距,在这里我们所 谈的AS芯片,特指UEC的AS芯片,eg:712SOL-VR,709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR等。 特点: (1)四元芯片,采用MOVPE工艺制备,亮度相对于常规芯片要亮。 (2)信赖性优良。 (3)应用广泛。

  四、发光二极管芯片材料磊晶种类

  1.LPE:LiquidPhaseEpitaxy(液相磊晶法)GaP/GaP
  2.VPE:VaporPhaseEpitaxy(气相磊晶法)GaAsP/GaAs
  3.MOVPE:MetalOrganicVaporPhaseEpitaxy(有机金属气相磊晶法)AlGaInP、GaN
   4.SH:GaAlAs/GaAsSingleHeterostructure(单异型结构)GaAlAs/GaAs
  5.DH:GaAlAs/GaAsDoubleHeterostructure(双异型结构)GaAlAs/GaAs
  6.DDH:GaAlAs/GaAlAsDoubleHeterostructure(双异型结构)GaAlAs/GaAlAs

  五、LED芯片组成及发光

  LED晶片的组成:主要有砷(AS)铝(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)这几种元素中的 若干种组成。

  LED晶片的分类: 1、按发光亮度分: A、一般亮度:R、H、G、Y、E等 B、高亮度:VG、VY、SR等 C、超高亮度:UG、UY、UR、UYS、URF、UE等 D、不可见光(红外线):R、SIR、VIR、HIR E、红外线接收管:PT F、光电管:PD

  2、按组成元素分: A、二元晶片(磷、镓):H、G等 B、三元晶片(磷、镓、砷):SR、HR、UR等 C、四元晶片(磷、铝、镓、铟):SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

  3.LED晶片特性表:

   LED晶片型号  发光颜色  组成元素  波长(nm)
   SBI      蓝色    lnGaN/sic  430

   HY     超亮黄色   AlGalnP   595

   SBK     较亮蓝色   lnGaN/sic  468

   SE      高亮桔色   GaAsP/GaP  610

   DBK     较亮蓝色    GaunN/Gan 470

   HE      超亮桔色    AlGalnP   620

   SGL     青绿色     lnGaN/sic   502

   UE      最亮桔色    AlGalnP   620

   DGL     较亮青绿色    LnGaN/GaN  505

   URF     最亮红色     AlGalnP    630

   DGM    较亮青绿色     lnGaN     523

   E       桔色        GaAsP/GaP  635

    PG       纯绿        GaP    555   

    R        红色       GAaAsP  655

    SG       标准绿        GaP   560

     SR      较亮红色       GaA/AS  660

     G     绿色           GaP    565

     HR     超亮红色        GaAlAs    660

    VG       较亮绿色       GaP       565

     UR       最亮红色      GaAlAs   660

    UG        最亮绿色     AIGalnP     574

   H          高红        GaP       697

    Y         黄色        GaAsP/GaP    585

   HIR        红外线      GaAlAs       850

   VY       较亮黄色      GaAsP/GaP      585

   SIR      红外线          GaAlAs       880

    UYS    最亮黄色         AlGalnP        587

   VIR      红外线        GaAlAs         940

   UY      最亮黄色        AlGalnP        595

   IR       红外线         GaAs         940

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