旭明高亮度MvpLED 介绍

1、简介：
氮化镓LED目前广泛应用于各种手持式设备、背光组件、相机闪光灯与全彩户外大型显示器，但是传统以蓝宝石基板为主流之氮化镓LED结构，其亮度输出不足，使其在固态照明市场的应用上有所局限。这主要是因为LED的散热管理不佳与高功率芯片操作时无法负荷大电流的输入。一般说来，LED磊晶层乃生长于不同之基板例如蓝宝石基板或碳化硅基板。然而，由于蓝宝石基板不导电与导热效率差，碳化硅基板成本相对较高，因此将氮化镓LED制作在导电与导热的金属基层上后，这些问题是可以克服的。这项技术为旭明光电领先开发，旭明所开发的垂直型金属基层MvpLED (metal vertical photon LEDs，)，是经由低成本量产程序，使用创新垂直型设计与先进的金属合金层。这种LED发光体与传统蓝宝石基板型式LED或覆晶封装型LED，相对具有众多优点且在驱动电流350mA时具有最佳发光效率的LED。

2、各种LED晶粒型式的比较：
传统型蓝宝石基板之氮化镓LED，覆晶型式氮化镓LED与垂直型金属基层MvpLED为常见的LED类型。对于传统型蓝宝石基板之氮化镓LED来说，由于蓝宝石基板不导电，所以必须将p型与n型电极制作于同一面，n型电极之制作为藉由蚀刻方式，将p型氮化镓与量子井发光结构区蚀刻，因此，在可作用发光的区块，就因此少了将近20-30%。另外，传统型蓝宝石基板之氮化镓LED之电流传输，从正极到负极为水平流向，此时，电流容易在n型电极下方产生电流拥挤现象，造成操作电压上升并增加动态电阻而增加组件的温度。还有一个众所皆知的特性是，由于p型氮化镓材料的基本特性，电流无法在上面散布开，因此传统型蓝宝石基板之氮化镓LED的p型氮化镓上必需增加制作透明电极层帮助电流分布但是，透明电极层的制作又会吸光，降低发光亮度。再者，蓝宝石基板之传导率较低(35W/mK)，所以其传热效率较差，仅适合小电流操作。对于覆晶型式氮化镓LED来说，一样需将p型与n型电极制作于同一面，发光区域一样会减少，电流传输方向也是水平流向，依然有电流拥挤造成动态电阻增加的现象。而且，由于覆晶的方法多以焊接方式制作，导热效果与直接接金属基板的垂直型金属基层MvpLED比起来较小。

3、旭明光电垂直型金属基层MvpLED技术优点：
旭明以特有专利申请中的磊晶沉渍技术，此技术是LED在蓝宝石基材上成长额外的结构，此结构使得蓝宝石基材可以移除。LED在金属基层上形成之后，也在n-GaN表面上制作图案来克服氮化镓材料内部的光全反射损失，增加取光效率。旭明光电的垂直型金属基层MvpLED技术克服了传统型与覆晶封装型的效率不佳的问题，举例而言，第一点，此技术并不需移除n型电极接脚上的任何东西，同尺寸晶粒下，传统型蓝宝石基板之氮化镓LED相比较而言，其发光的面积较大。第二点，因为电源以垂直方向流经组件而大幅降低动态电阻，而电流聚集也被可避免。再者，由于n型氮化镓本身具有较好的电传导率，在无须制作透明电极层的情况下，依然具有很好的电流散布，因此没有透明电极吸光而降低亮度的困扰，可具有较高亮度的光输出。第三点，由于垂直型金属基层MvpLED之金属基层具有很高的热传导率，所以垂直型金属基层MvpLED的导热效率很好。第四点，垂直型金属基层MvpLED的出光方向为单一方向，向上射出，而传统型蓝宝石基板之氮化镓LED的出光方向确有六个面向来射出，因此不论在克服全反射效应的出光或于封装晶粒时将光收集的效应来看，垂直型金属基层MvpLED具有最好的光取出与光收集，达成最佳发光的效率。综合以上所言，垂直型金属基层MvpLED可以实现固态照明应用上时之高工作电流与高功率操作之要求。

4、MvpLED组件优点：
根据各种不同基板之热传导率比较，相较于一般目前商业化所用的晶粒基材，蓝宝石、硅板、锗、氮化镓、碳化硅来说，MvpLED之金属基层具有相对较高之热传导率，显示具有更加的散热能力。 旭明已使用垂直型金属基层MvpLED技术在15mil, 24mil, 28 mil, 40 mil, 60 mil不同晶粒尺寸的制作。

5、卓越的MvpLED组件操作特性：
比较垂直型金属基层MvpLED与传统型蓝宝石基板之氮化镓LED之电流-电压(I-V)曲线，当顺向偏压驱动电流为350mA时，垂直型金属基层MvpLED之顺向电压比统型蓝宝石基板之氮化镓LED之顺向电压少0.2V。再由曲线的斜率大小可以发现，垂直型金属基层MvpLED之动态电阻只有0.7Ω，此结果小于传统型蓝宝石基板之氮化镓LED的1.1Ω，这是因为传统型蓝宝石基板之氮化镓LED电流传输为水平方向而且电流会有在n型电极下的拥挤现象所造成较大的动态电阻。值得一提的是，较小的操作电压表示输入功率与光输出功率所计算之发光效率可以提升。较低的操作动态电阻也显示了有较少的热产生，优于传统之设计。根据输入电流与输出光亮度关系图(L-I)，垂直型金属基层MvpLED可以通3000mA的大电流(Pulse mode)，即使电流再增加也不会使输出饱和，这是因为此设计的金属合金基层的导热特性较佳所具有的优越表现。这种具有大电流操作特性的组件来说，垂直型金属基层MvpLE拥有最佳的散热金属基层，容许大电流的操作。对于固态照明的应用来说，操作大电流以实现足够照明亮度的需求应用，垂直型金属基层MvpLED实为固态照明应用上的首选。经由制造不同尺寸的垂直型金属基层MvpLED芯片并计算其归一化(相同电流密度)之单位输出光亮度，旭明证明了垂直型金属基层MvpLED在不同尺寸上的优异表现。传统型蓝宝石基板之氮化镓LED会有随着芯片尺寸增大而其效能于相同电流密度下却反之下降，而这个现象在垂直型金属基层MvpLED芯片并未出现，而且维持在同样的发光效率。所以旭明可以说，以单一种垂直型金属基层MvpLED的技术，就可以实现在不同晶粒尺寸的制作技术。

6、MvpLED组件可靠度分析与发光效率发展蓝图：
40mil 的垂直型金属基层MvpLED可靠度测试效果显示，此芯片是以硅胶填充封装(SMD type)并安装在散热鳍片上。这项测试分别以350mA(SL-V-B40AC)与700mA(SL-V-B40AC2)两种驱动电流。旭明可以达到 100 lm/W的白光LED，在3,000小时的连续烧机测试后其光输出功率只稍微下降了10%。在旭明大多数客户一般使用时的温度为室温情况下，可观察到其光输出功率并无明显的下降。根据旭明在晶粒发光功率提升之发展蓝图，一般白炽灯泡的发光效率为8-15 lm/W，省电灯管发光效率约在60-65 lm/W，而日光灯管发光效率大约有80-100 lm/W。旭明光电在2005年公司成立，同年第四季就发表了发光效率达62 lm/W高功率白光LED，与同期其它各国白光LED发展计划相比，就已经是处领先之地位。2007年初，再度达成发光效率为80 lm/W的目标，一举超越各国白光LED的发展计划，此一发光效率也同时代表了未来白光LED将可取代省电灯泡在固态照明的应用，于2007年底，旭明也达成100 lm/W的发光效率目标，代表未来固态照明应用上，有潜力取代荧光灯管的使用。同时，旭明研发团队的实验室数据于2007年底，也达成110 lm/W的高发光效率目标。从目前的研发进度看来，150 lm/W发光效率的晶粒研发计划预计可以在2009年底达成。已证实长时间的可靠度且有良好的散热特性与100 lm/W的输出功率，在在显示出垂直型金属基层MvpLED芯片优于传统型蓝宝石基板之氮化镓LED。垂直型金属基层MvpLED已经目前以高良率地在量产制造中并且持续增加产出中。