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      LED芯片原理知識大全一覽

      發布日期:2022-06-29
        一、LED簡史
       
        70年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識,1962年,通用電氣公司的尼克•何倫亞克(NickHolonyakJr.)開發出第一種實際應用的可見光發光二極管。LED是英文light emitting diode(發光二極管)的縮寫,它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,置于一個有引線的架子上,然后四周用環氧樹脂密封,即固體封裝,所以能起到保護內部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。
       
        最初LED用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用,產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例,在美國本來是采用長壽命、低光效的140瓦白熾燈作為光源,它產生2000流明的白光。經紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中,Lumileds公司采用了18個紅色LED光源,包括電路損失在內,共耗電14瓦,即可產生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。
       
        二、LED芯片原理
       
        LED(Light Emitting Diode),發光二極管,是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。
       

      LED芯片發光原理
       

      led芯片內部結構圖
       
        三、LED芯片的分類
       
        1、MB芯片定義與特點
       
        定義:Metal Bonding(金屬粘著)芯片;該芯片屬于UEC的專利產品。
       
        特點:
       
        (1)采用高散熱系數的材料---Si作為襯底,散熱容易。
       
        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)通過金屬層來接合(wafer bonding)磊晶層和襯底,同時反射光子,避免襯底的吸收。
       
        (3)導電的Si襯底取代GaAs襯底,具備良好的熱傳導能力(導熱系數相差3~4倍),更適應于高驅動電流領域。
       
        (4)底部金屬反射層,有利于光度的提升及散熱。
       
        (5)尺寸可加大,應用于High power領域,eg:42mil MB。
       
        2、GB芯片定義和特點
       
        定義:Glue Bonding(粘著結合)芯片;該芯片屬于UEC的專利產品。
       
        特點:
       
        (1)透明的藍寶石襯底取代吸光的GaAs襯底,其出光功率是傳統AS(Absorbable structure)芯片的2倍以上,藍寶石襯底類似TS芯片的GaP襯底。
       
        (2)芯片四面發光,具有出色的Pattern圖。
       
        (3)亮度方面,其整體亮度已超過TS芯片的水平(8.6mil)。
       
        (4)雙電極結構,其耐高電流方面要稍差于TS單電極芯片。
       
        3、TS芯片定義和特點
       
        定義:transparent structure(透明襯底)芯片,該芯片屬于HP的專利產品。
       
        特點:
       
        (1)芯片工藝制作復雜,遠高于AS LED。
       
        (2)信賴性卓越。
       
        (3)透明的GaP襯底,不吸收光,亮度高。
       
        (4)應用廣泛。
       
        4、AS芯片定義與特點
       
        定義:Absorbable structure (吸收襯底)芯片;經過近四十年的發展努力,臺灣LED光電業界對于該類型芯片的研發、生產、銷售處于成熟的階段,各大公司在此方面的研發水平基本處于同一水平,差距不大。
       
        大陸芯片制造業起步較晚,其亮度及可靠度與臺灣業界還有一定的差距,在這里我們所談的AS芯片,特指UEC的AS芯片,eg:712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR等。
       
        特點:
       
        (1)四元芯片,采用MOVPE工藝制備,亮度相對于常規芯片要亮。
       
        (2)信賴性優良。
       
        (3)應用廣泛。
       
        四、LED芯片材料磊晶種類
       
        1.LPE:Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP
       
        2.VPE:Vapor Phase Epitaxy(氣相磊晶法) GaAsP/GaAs
       
        3.MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有機金屬氣相磊晶法) AlGaInP、GaN
       
        4.SH:GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(單異型結構)GaAlAs/GaAs
       
        5.DH:GaAlAs/GaAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAs
       
        6.DDH:GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAlAs
       
        五、LED芯片組成及發光
       
        LED晶片的組成:主要有砷(AS)鋁(AL)鎵(Ga)銦(IN)磷(P)氮(N)鍶(Si)這幾種元素中的若干種組成。
       
        LED晶片的分類:
       
        1、按發光亮度分:
       
        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、不可見光(紅外線):R、SIR、VIR、HIR
       
        E、紅外線接收管:PT
       
        F、光電管:PD
       
        2、按組成元素分:
       
        A、二元晶片(磷、鎵):H、G等
       
        B、三元晶片(磷、鎵、砷):SR、HR、UR等
       
        C、四元晶片(磷、鋁、鎵、銦):SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

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