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照明市场 硅衬底LED芯片渐成主流

2013/4/15 中国图纸交易网 MaiTu.CC 【字体:

关键字:电气动态 芯片

高亮度LED首要分为红外光的GaAs系统和AlGaAs系统,红、橙、黄、绿色的AlGaInP系统,绿色和蓝色的InGaN系统,和紫外光的GaN和AlGaN系统。今朝InGaN系统的蓝光光效已较高,再连络四元系的红黄光,已开端遍及地利用于照明、背光、显示、交通唆使灯等范畴。紫外光LED有着宽阔广大奔放的市场利用前景,半导体紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通信等范畴具有重大年夜利用价值。红外光LED首要包含峰值波长从850nm到940nm的红外LED,遍及利用于远控器、驱动器、电脑鼠标、传感器、安然设备和显示器背光等范畴,红外LED需求延续增加的驱动力首要来历于家用电器、安然系统和无线通信产品等。
  白光利用是蓝光LED芯片的首要市场,也是最为首要的成长标的目标,其采取蓝光芯片加YAG黄色荧光粉从而构成白光光源。今朝,国际LED大年夜厂在大年夜功率蓝光芯片方面有着较为较着的优势,而国内LED芯片企业今朝主如果在中小功率蓝光芯片方面有较大年夜的成长,但因为前几年的过度投资引发了产能多余,导致中小功率蓝光芯片市场呈现了较为严重的“代价战”。对蓝光LED芯片而言,首要的成长标的目标为硅基LED芯片、高压LED芯片、倒装LED芯片等。对中小功率LED芯片市场而言,今朝主流市场的趋势为0.2-0.5W市场,封装情势包含2835、5630和COB封装等。对其它细分范畴,如垂直布局的芯片,封装后可以利用于指向性照明利用,如手电、矿灯、闪光灯、射灯等灯具产品中。
  硅衬底LED芯片渐受存眷
  今朝市场上主流的蓝光芯片一般都是在蓝宝石衬底上发展,此中以日今日亚公司为代表;别的还有一种蓝光芯片是在碳化硅衬底上发展,以美国科锐公司为代表。
  比来几年来硅衬底上发展的蓝光LED芯片愈来愈遭到人们的存眷。硅衬底因为可以采取IC厂的主动出产线,比较等闲采取今朝IC工厂的6寸和8寸线的成熟工艺,再加上大年夜尺寸硅衬底成底蕴对低廉,因此将来硅衬底LED芯片的成本预期会大年夜幅度降落,也可促进半导体照明的快速渗入。硅基LED芯片在特点有以下特点:
  1.垂直布局,采取银反射镜镜,可使电流漫衍更平均,从而实现大年夜电流驱动;
  2.硅衬底散热性好,有益于芯片的散热;
  3.具有朗伯发光描摹,出光平均,等闲进行二次光学;
  4.适于陶瓷基板封装;
  5.合适于LED闪光灯和标的目标性较强的照明利用,可利用于室内、室外和便携式照明市场。
  在硅基LED芯片的开辟上,晶能光电在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片,被遍及地利用于数码显示范畴。2012年6月晶能光电在广州发布了新一代大年夜功率硅基LED芯片产品,引发了国表里LED财产界的高度存眷,推出了包含28mil、35mil、45mil和55mil在内的四款硅基大年夜功率LED芯片,此中45mil芯片达到了120lm/w的光效,并在年底达到了130lm/w,且靠得住性杰出。硅基LED芯片陶瓷封装后,与国际驰名的产品比拟,具有杰出的性价比,引发了国表里封装厂和LED灯具厂的极大年夜欢愉爱好。据报导夏普和普瑞也发布于2012年底实现了硅衬底白光芯片的量产,推出了两款白光芯片;别的,包含三星、欧司朗、晶电等大年夜厂也正积极从事于硅基LED芯片的研究。
  LED市场正处于高速成长的阶段,LED芯片成本的进一步降落将促进半导体照明走进全家万户。因为硅衬底具有成本低、IC厂制造工艺成熟等特点,跟着6-12寸大年夜尺寸硅基LED手艺的不竭成长,硅基LED手艺将在降落成本和进步出产效力方面具有巨大年夜的优势,这对LED财产会产生重大年夜影响。
  高亮度芯单方面对的成长瓶颈
  当前,半导体照明市场的进一步成长要求蓝光LED芯片的光效要不竭晋升,成本要不竭降落。今朝科锐基于碳化硅的LED芯片已实现了200lm/w光效产品的量产,研发程度光效可以达到276lm/w。在LED芯片成本降落和光效晋升的这一比赛中,今朝正碰着以下几个成长瓶颈。
  第一是蓝光芯片存在的Droop效应。在大年夜电流密度前提下,发光二极管的外量子效力会降落,有实验表白Droop效应是由包含俄歇效应在内的多种启事引发,这个效应限制了蓝光芯片在大年夜电流密度下的利用,从而阻碍了流明成本的降落。
  第二是绿色能隙(Greengap)和红色能隙(Redgap)。当波长从蓝光进进到绿光波段时,LED的量子效力会降落,如530nm的绿光量子效力降落很快;对红光而言,在深红色光谱中内部量子效力可以达到100%,但对抱负白光光源中的橘红色发光波长(如614nm)而言,其效力敏捷降落。这些效应限制了绿光和红光芯片的光效晋升,延缓了将来的高质量白光的产生。别的,绿光及黄光LED效力也遭到本身极化场的冲击,而这个效应会跟着更高的铟原子浓度而变得更强。
  第三是外延的异质发展标题问题。因为外延发展时晶体中存在缺点,构成大年夜的位错密度和缺点,从而导致光效降落和寿命降落。今朝蓝光芯片不管是碳化硅、蓝宝石、硅衬底手艺都是异质外延,在衬底和外延晶体之间存在晶格掉配导致位错,同时因为热膨胀系数的不同在外延发展后的降温过程中产生热应力,导致外延层呈现缺点、裂纹、晶片曲折等。衬底的质量直接影响着外延层的晶体质量,从而影响光效和寿命。假定采取GaN同质衬底进行外延发展,操纵非极性手艺,可最大年夜限度地削减活性层的缺点,使得LED芯片的电流密度比传统芯片高5-10倍,大年夜幅进步发光效力。据报导首尔半导体采取同质衬底开辟的nPola新产品,与今朝的LED比拟,在不异面积上的亮度超出超越了5倍,但GaN同质衬底对LED而言仍过于昂贵。
  整体而言,在蓝光LED芯片的将来成长上,倒装芯片、高压芯片、硅基芯片等都是将来的首要成长趋势。倒装芯片因为散热好可以增大年夜注进电流,不消打线可以晋升产品在利用过程中的靠得住性;高压LED芯片因为可以加倍匹配供电电压可以或许进步电源转换效力,再加上定制的IC电源,最合适于LED球泡灯;硅基LED芯片因为可以在6寸或8寸的硅衬底长进行外延发展,可以大年夜幅度降落LED的成本,从而加快半导体照明利用期间的到临。对其它色彩而言,红光LED芯片和绿光LED芯片的光效都还有很大年夜的晋升空间,跟着红光和绿光LED芯片光效进一步的晋升,将来白光不必然就是今朝的蓝光LED芯片加黄色荧光粉的情势,也多是RGB或其它的情势,将来白光的封装编制也可能会产生很大年夜的改变。
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