照明級LED芯片技術的發展
上傳人:潘群峰 吳志強 林雪嬌 呂興維 葉孟欣 洪靈愿 上傳時間: 2010-02-16 瀏覽次數: 461 |
德國Osram公司早期的產品是以SiC作為襯底材料,相繼推出了ATON和NOTA系列產品。近期,Osram的產品和研發方向也是基于薄膜芯片技術,其最新研發的ThinGaN TOPLED采用藍寶石作為襯底材料,運用鍵合、激光剝離、表面微結構化和使用全反射鏡等技術途徑,芯片出光效率達到75%。據最新的報道,目前,Osram的功率型白光LED光效已經達到136lm/W。
美國Philips Lumileds公司的功率型氮化鎵藍光LED芯片采用藍寶石作為外延襯底材料,芯片結構上則一直沿用倒裝結構。隨著薄膜技術的發展,Lumileds創造性地整合了倒裝技術和薄膜技術,推出了全新的薄膜倒裝芯片(Thin-film Flip-chip,TFFC)技術,集成芯片和封裝工藝,最大限度降低熱阻并提高取光效率。目前,Lumileds功率型白光的研發水平已經突破140lm/W。
美國SemiLEDs公司是繼Osram和Cree之后采用襯底轉移技術商品化生產薄膜GaN垂直結構LED的廠商。他們推出了新型的金屬基板垂直電流激發式發光二極管(Metal Vertical
Photon Light Emitting Diodes,MvpLEDTM)產品,其封裝成白光器件的發光效率目前可以達到120lm/W。
韓國和中國臺灣地區目前也在積極發展照明級功率型高亮度LED芯片技術,這些地區的LED產業技術正快速趕上世界領先水平,且已具備較高的水準。主要芯片供應商有:Epistar(晶元)、EpiValley、Forepi(璨圓)、Huga(廣鎵)等。中國臺灣、韓國的產品以中高檔為主,所生產的功率型LED芯片封裝成白光器件的發光效率一般在80~100lm/W,其中臺灣晶元光電的技術水平相對領先,其研發水平已達到120lm/W。
國內半導體照明芯片技術的發展現狀
國內半導體照明芯片技術的發展相對國外起步較晚,技術水平離國際領先業者還存在一定距離。不過,最近幾年,在政府有關部門的引導和支持下,國內照明級LED芯片技術的研究、開發以及產業化工作取得了長足進步。特別是在“十五”國家科技攻關計劃“半導體照明產業化技術開發”項目和“十一五”863計劃半導體照明工程項目的引導下,國內各大LED芯片制造商以及研究所依靠各自科研力量,大力投入對功率型照明級LED芯片技術的開發,技術水平不斷提升,產業化進程逐步深入,逐漸縮小與國際領先業者的差距,取得了一系列令人鼓舞的成果。這期間經歷了“外延片從外購到自制,芯片結構從正裝到倒裝再到正裝,光效從30lm/W到60lm/W再到100lm/W”的發展歷程。
目前,國產功率型照明級LED芯片產品在光效、壽命以及可靠性等性能方面都取得較大進展,開發出圖形襯底、透明電極和全方位反射鏡等一系列關鍵工藝技術。產業化方面,以三安光電為代表的國內廠商突破了100lm/W的技術大關,順利完成了863計劃課題目標。圖1展示了國內上游廠商推出的各種外觀功率型LED芯片,芯片結構全部采用技術較為成熟且制作成本較低的正裝結構。國產芯片有望憑借優越的性能和極具競爭力的價格優勢在“十城萬盞”試點示范工程、大尺寸液晶顯示屏背光以及室內通用照明等應用領域逐步滲透并最終取代進口芯片,推動中國半導體照明產業鏈整體的健康發展和茁壯成長。
三安光電作為國內LED產業上游的龍頭企業,非常注重技術創新,在政府有關部門的支持下,加大對照明級芯片的研發和攻關力度。三安光電在不同的時期,針對研究熱點和趨勢,并結合自身需求和產業化基礎,開發不同特點的功率型LED芯片產品(如圖2所示)。“十五”國家科技攻關計劃時期,三安開發出基于雙向齊納硅基板的倒裝焊結構芯片;“十一五”時期,三安開發了基于圖形襯底、全方位反射鏡等技術的正裝結構芯片產品,該產品封裝白光器件的最高光效可達105lm/W,這可以說是國內目前所能達到的最高水平。薄膜結構氮化鎵芯片是三安光電下一步研發的重點,三安目前已完成垂直薄膜芯片的初樣試制,測試光效可達90lm/W。未來,三安光電將從薄膜氮化鎵芯片的外延結構設計;永久襯底的選擇和粘合工藝;生長襯底的剝離工藝;反射性P電極系統的設計和制作工藝;氮極性面N型歐姆接觸制作工藝;出光表面的粗化工藝;光子晶體技術在薄膜芯片的應用等七個方面著手,攻關150lm/W照明級薄膜氮化鎵LED芯片技術并力爭實現產業化。
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