LED 芯片基础知识专题介绍

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简介: LED 芯片基础知识专题介绍了包括LED的历史、LED芯片的原理、以及LED芯片的分类。

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、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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