LED芯片：原理、分類、組成元素與發(fā)光特性介紹

LED 作為制造各類 LED 照明燈具、指示燈以及 LED 屏的基礎(chǔ)電子元器件，以其高效節(jié)能的特性廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。而 LED 芯片作為 LED 的核心部分，更是具備諸多獨(dú)特特性。下面，讓我們從 LED 的發(fā)展歷史開始，深入了解 LED 芯片的原理、分類以及發(fā)光特性等多方面知識。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
一、LED 的發(fā)展歷史zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
LED 是英文 light emitting diode（即發(fā)光二極管）的縮寫，其基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，并使用環(huán)氧樹脂密封，即固體封裝，這使得 LED 具有良好的抗震性能。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
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早在 19 世紀(jì)初期，人類就已掌握半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識。1962 年，通用電氣公司的尼克?何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）開發(fā)出第一種可見光發(fā)光二極管，即首個紅光 LED。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
最初，LED 常被用作儀器儀表的指示光源。隨著各種光色 LED 的出現(xiàn)，它逐漸被應(yīng)用于交通信號燈和大面積顯示屏中，并產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。以 12 英寸紅色交通信號燈為例，以往只能采用低光效的 140 瓦白熾燈作為光源，雖能產(chǎn)生 2000 流明的白光，但經(jīng)過紅色濾光片后，光損失高達(dá) 90%，只剩下 200 流明亮度的紅光。而在紅光 LED 出現(xiàn)后，僅需使用 18 個紅光 LED 即可產(chǎn)生同樣亮度的紅光光效，即便把電路損耗計算在內(nèi)，也只需耗電 14 瓦，大大降低了能源消耗。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
二、LED 芯片的原理zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
LED 是一種可直接把電轉(zhuǎn)化為光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。其核心是一個半導(dǎo)體晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端為負(fù)極，另一端連接電源正極，整個晶片通常使用環(huán)氧樹脂封裝起來。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一邊為 P 型半導(dǎo)體，以空穴為主；另一邊是 N 型半導(dǎo)體，以電子為主。將這兩種半導(dǎo)體連接起來，便形成一個 “P-N 結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線進(jìn)入晶片時，N 型半導(dǎo)體中的電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子與空穴復(fù)合，以光子的形式發(fā)出能量，從而產(chǎn)生光。此外，組成 P-N 結(jié)的材料決定著 LED 發(fā)出光的波長，而光的波長又決定了光的顏色。zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
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三、LED 芯片的分類zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]

1. MB 芯片定義與特點(diǎn)
   • 定義：MB 為 Metal Bonding 的縮寫，MB 芯片即金屬粘著芯片，為 UEC 的專利產(chǎn)品。
   • 特點(diǎn)：
     • 采用高導(dǎo)熱系數(shù)的材料 Si 作為襯底，散熱效率良好。不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 GaAs: 46W/m-K；GaP: 77W/m-K；Si: 125～150W/m-K；Cupper: 300~400W/m-k；SiC: 490W/m-K。
     • 通過金屬層來接合磊晶層和襯底，同時反射光子，避免襯底的吸收。
     • 導(dǎo)電的 Si 襯底取代 GaAs 襯底，具備良好的熱傳導(dǎo)能力（導(dǎo)熱系數(shù)相差 3~4 倍），更適應(yīng)于高驅(qū)動電流領(lǐng)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(yīng)用于 High power 領(lǐng)域，例如 42mil MB。
2. GB 芯片定義和特點(diǎn)
   • 定義：GB 為 Glue Bonding 的縮寫，即粘著結(jié)合芯片，屬于 UEC 的專利產(chǎn)品。
   • 特點(diǎn)：
     • 透明的藍(lán)寶石襯底取代吸光的 GaAs 襯底，其出光功率是傳統(tǒng) AS（Absorbable structure）芯片的 2 倍以上，藍(lán)寶石襯底類似 TS 芯片的 GaP 襯底。
     • 芯片四面發(fā)光，具有出色的 Pattern 圖。
     • 亮度方面，整體亮度已超過 TS 芯片的水平（8.6mil）。
     • 雙電極結(jié)構(gòu)，其耐高電流方面稍差于 TS 單電極芯片。
3. TS 芯片定義和特點(diǎn)
   • 定義：TS 為 transparent structure 的縮寫，即透明襯底芯片，屬于 HP 的專利產(chǎn)品。
   • 特點(diǎn)：
     • 芯片工藝制作復(fù)雜，遠(yuǎn)高于 AS LED。
     • 信賴性卓越。
     • 透明的 GaP 襯底，不吸收光，亮度高。
     • 應(yīng)用廣泛。
4. AS 芯片定義與特點(diǎn)
   • 定義：AS 為 Absorbable structure 的縮寫，即吸收襯底芯片。經(jīng)過近四十年的發(fā)展，海外 LED 光電業(yè)界對于該類型芯片的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售處于成熟階段，各大公司在此方面的研發(fā)水平基本處于同一水平，差距不大。由于國內(nèi)芯片制造業(yè)起步較晚，目前國內(nèi) AS 芯片的亮度及可靠度與海外的 AS 芯片仍有一定差距。這里所談的 AS 芯片，特指 UEC 的 AS 芯片，例如 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR, 709SYM-VR 等。
   • 特點(diǎn)：
     • 四元芯片，采用 MOVPE 工藝制備，亮度相對于常規(guī)芯片要亮。
     • 信賴性優(yōu)良。
     • 應(yīng)用廣泛。

1. LPE：Liquid Phase Epitaxy 的縮寫，即液相磊晶法，如 GaP/GaP。
2. VPE：Vapor Phase Epitaxy 的縮寫，即氣相磊晶法，如 GaAsP/GaAs。
3. MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy 的縮寫，即有機(jī)金屬氣相磊晶法，如 ALGaInP、GaN。
4. SH：GaAlAs/GaAs Single Hetero structure 的縮寫，即單異型結(jié)構(gòu)，如 GaAlAs/GaAs。
5. DH：GaAlAs/GaAs Double Hetero structure 的縮寫，即雙異型結(jié)構(gòu)，如 GaAlAs/GaAs。
6. DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Hetero structure 的縮寫，即雙異型結(jié)構(gòu)，如 GaAlAs/GaAlAs。

1. LED 晶片的組成：zwt全球led顯示屏排行榜_[顯示之家]
   LED 芯片主要由砷（AS）、鋁（AL）、鎵（Ga）、銦（IN）、磷（P）、氮（N）和鍶（Si）等多種元素中的若干種元素組成，具體成分取決于不同的應(yīng)用目的與技術(shù)規(guī)范。
2. LED 晶片的分類：
   • 按發(fā)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。
3. LED 晶片型號、發(fā)光顏色、組成元素與波長對照表：