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【一六儀器】干貨 | LED芯片原理知識大全一覽

2021-08-16 15:12:10 yunfengnet 1657


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LED簡史


50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。



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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。

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LED芯片發光原理

鍍層測厚儀|光譜測厚儀|熒光光譜儀|測厚儀

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led芯片內部結構圖



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LED芯片的分類


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:

  • 采用高散熱系數的材料 —— Si作為襯底,散熱容易。

  • 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。

  • 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。

  • 底部金屬反射層,有利于光度的提升及散熱。

  • 尺寸可加大,應用于High power領域,eg:42mil MB。


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:

  • 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。

  • 芯片四面發光,具有出色的Pattern圖。

  • 亮度方面,其整體亮度已超過TS芯片的水平(8.6mil)。

  • 雙電極結構,其耐高電流方面要稍差于TS單電極芯片。


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:

  • 芯片工藝制作復雜,遠高于AS LED。

  • 信賴性卓越。

  • 透明的GaP襯底,不吸收光,亮度高。

  • 應用廣泛。


AS芯片定義和特點


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:

  • 四元芯片,采用MOVPE工藝制備,亮度相對于常規芯片要亮。

  • 信賴性優良。

  • 應用廣泛。



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LED芯片材料磊晶種類


  • LPE:Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP

  • VPE:Vapor Phase Epitaxy(氣相磊晶法) GaAsP/GaAs

  • MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有機金屬氣相磊晶法) AlGaInP、GaN

  • SH:GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(單異型結構)GaAlAs/GaAs

  • DH:GaAlAs/GaAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAs

  • DDH:GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAlAs



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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:


按發光亮度分


  • 一般亮度:R、H、G、Y、E等

  • 高亮度:VG、VY、SR等

  • 超高亮度:UG、UY、UR、UYS、URF、UE等

  • 不可見光(紅外線):R、SIR、VIR、HIR

  • 紅外線接收管:PT

  • 光電管:PD


按組成元素分


  • 二元晶片(磷、鎵):H、G等

  • 三元晶片(磷、鎵、砷):SR、HR、UR等

  • 四元晶片(磷、鋁、鎵、銦):SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG


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