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硅衬底LED技术现状、应用情况及趋势展望

1.背景:

目前LED光源器件的总体发展概况:硅衬底LED近年发展及对LED光源器件产业的影响。

LED产业在过去近10年的发展突飞猛进,LED光源器件的性能呈台阶式上升且成本在不断下降,大部分光源领域基本上都被LED所取代。LED作为第四代光源,已经广泛应用在户内外照明、汽车照明、液晶背光、景观照明、移动照明等领域。随着人们消费理念的升级,在一些特殊照明领域,高品质光源逐渐显现出竞争力。高品质光源的特点是:发光角度小、光斑均匀且照度高。硅衬底LED因单面出光、方向性好、光品质好等特点在高品质光源市场受到不少关注。

那么,目前硅衬底LED技术、市场现状以及未来发展趋势究竟如何呢?

2.概述目前硅衬底LED的整体技术现状

在硅衬底上生长GaN材料面临着两大技术挑战。第一,硅衬底和GaN之间高达~17%的晶格失配使得GaN材料内部位错密度偏高,影响发光效率;第二,硅衬底和GaN之间高达~54%的热失配,使得GaN薄膜在高温生长完降至室温后容易龟裂,影响生产良率。因此,硅衬底和GaN薄膜之间的缓冲层生长极其重要,缓冲层起到降低GaN内部的位错密度、缓解GaN龟裂的作用。很大程度上,缓冲层的技术水平决定了LED的内量子效率和生产良率,是硅衬底LED的重点和难点。截至目前,经过产业界、学术界各方巨资研发投入,这个技术难关已经基本被攻克。

硅衬底会强烈吸收可见光,因此GaN薄膜必须转移至另一个衬底上,转移之前在GaN薄膜和另一个衬底之间插入一层高反射率的反射镜,使得GaN发出的光不被衬底吸收。经衬底转移后的LED结构在业界称为薄膜(Thin-Flim)芯片。薄膜芯片电流扩散、热传导和光斑均匀性等方面相比传统正装结构芯片有优势。

3.硅衬底LED优势

技术上主要表现在:衬底材料成本低;器件散热性好、寿命长;封装工艺简单,易于实现自动化生产;可用于大尺寸外延,提高生产效率,降低综合成本。

晶能光电生产的硅衬底LED技术芯片具有如下四大优势:

(一)具有原创技术产权:产品可销往国际市场,不受国际专利限制;

(二)具有优良的性能:器件散热性好、产品抗静电性能好,寿命长,可承受的电流密度高;

(三)器件封装工艺简单:芯片为上下电极,单引线垂直结构,简单化了封装工艺,节约了封装成本;

(四)在方向光和光品质等方面具有明显的特点和优势。

基于Si衬底芯片特性的封装技术特点:

1:结合Si衬底芯片背镀金锡工艺,封装中采用金锡共晶工艺,解决了从芯片到基板的散热瓶颈;

2:采用氧化铝、氮化铝陶瓷底板,将芯片推向更高的功率;

3:利用Si衬底芯片具有的单面发光,方向性光强,成功开发了在wafer片上涂覆荧光粉技术,实现了白光芯片。将此白光芯片封装成灯珠,此灯珠具有颜色一致性好,光斑均匀,非常适合移动照明市场;

4:因Si衬底具有吸光特性,为了解决此问题,将在芯片周围围上特殊的白胶,提升亮度;

5:根据不同的芯片尺寸,设计不同的lens,使产品亮度性能最大化;

6:开发了新一代的荧光膜片技术,优化了产品光斑、色区命中率及降低成本。

硅衬底LED技术现状、应用情况及趋势展望

4.概述目前硅衬底LED的整体应用现状和市场概况

硅衬底LED是垂直结构,电流分布均匀且扩散快,适合大功率应用。由于是单面出光,方向性好,光品质好,所以特别适合汽车照明、探照灯、矿灯等移动照明、手机闪光灯以及光品质要求比较高的高端照明领域。

晶能光电硅衬底LED技术和工艺已然成熟,在硅衬底蓝光LED芯片领域继续保持领先优势的基础上,产品不断延伸至性能更高、附加值更高的白光LED芯片、LED手机闪光灯、LED汽车大灯、LED路灯、LED背光等需要方向光、高品质出光的照明领域,逐步确立了硅衬底LED芯片在细分行业的优势地位。

移动照明

移动照明市场所用的产品主要是利用Si衬底直涂白光芯片和陶瓷底板等物料,再利用精密的模具在底板上压膜一个设计好的lens,扩大出光率。根据不同的产品功率,可选择不同白光芯片尺寸和底板材质、尺寸来配合,通常有芯片有36mil、45mil、55mil、70mil等,底板有氧化铝、氮化铝之分。此类产品主要是要求照度、光斑均匀。在矿灯,手电等移动照明用灯领域,灯珠的销量居全球前列。

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