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LED 芯片基础知识专题介绍

        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(Light Emitting Diode),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、主要芯片厂商

          德国的欧司朗,美国的流明、CREE、AXT,台湾的广稼、国联(FPD)、鼎元(TK)、华汕(AOC)、汉光(HL)、艾迪森、光磊(ED),韩国的有首尔,日本的有日亚、东芝,大陆的有大连路美、福地、三安、杭州士兰明芯、仿日亚等它们都是大家耳熟能详的芯片供应商,下面根据产地细分下。

         台湾LED芯片厂商:晶元光电(Epistar)简称:ES、(联诠、元坤,连勇,国联),广镓光电(Huga),新世纪(Genesis Photonics),华上(Arima Optoelectronics)简称:AOC,泰谷光电(Tekcore),奇力,钜新,光宏,晶发,视创,洲磊,联胜(HPO),汉光(HL),光磊(ED),鼎元(Tyntek)简称:TK,曜富洲技TC,灿圆(Formosa Epitaxy),国通,联鼎,全新光电(VPEC)等。 华兴(Ledtech Electronics)、东贝(Unity Opto Technology)、光鼎(Para Light Electronics)、亿光(Everlight Electronics)、佰鸿(Bright LED Electronics)、今台(Kingbright)、菱生精密(Lingsen Precision Industries)、立基(Ligitek Electronics)、光宝(Lite-On Technology)、宏齐(HARVATEK)等。

        大陆LED芯片厂商:三安光电简称(S)、上海蓝光(Epilight)简称(E)、士兰明芯(SL)、大连路美简称(LM)、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大,山东华光、上海蓝宝等。

        国外LED芯片厂商:CREE,惠普(HP),日亚化学(Nichia),丰田合成,大洋日酸,东芝、昭和电工(SDK),Lumileds,旭明(Smileds),Genelite,欧司朗(Osram),GeLcore,首尔半导体等,普瑞,韩国安萤(Epivalley)等

    
        四、LED 芯片的分类

        1.MB 芯片定义与特点

        定义:Metal Bonding(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。
       Thermal Conductivity
       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(wafer bonding)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 High power 领域,eg:42mil MB。

        2.GB 芯片定义和特点

        定义:Glue Bonding(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:transparent structure(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 AS LED。

   (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:Absorbable structure (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。

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