深圳导电硅胶：LED技能发展现状

深圳导电硅胶：LED技能发展现状

一、LED技能发展分析

       自1879年爱迪生发明白炽灯以来，人造照明光源阅历了3个发展阶段: 白炽灯、霓虹灯、高压气体放电灯。1993年日本首先在蓝GaN发光二极管上获得技能打破，并于1996年实现白光LED，近几年正向第四个照明光源的发展阶段——以白光LED为主的半导体绿色照明光源的方向发展。
       得益于固体半导体产业资料、技能、制造、封装等一系列技能的飞速发展，白光LED的发光效首先打破60lm/W，再达100lm/W甚至更高， 我们正大步跨入大功率、高亮度LED（HB-LED）照明年代。跟着荧光粉、混光等核心专利技能的打破，以及封装对光通量和热传导疑问的克服， 凭借具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、反响速度快、发光功率高、易于控制、节约能源且无污染等一系列绿色优点，照明领域终将是HB-LED的天下。
二、LED技能水平现状

       1、资料的发展——波长的拓展
理论和实践证明， 光的峰值波长与发光区域的半导体资料禁带宽度有关。光的波长是由形成PN结的资料决定的， 而波长决定光的颜色（红640~ 750nm，橙600~640nm，黄550~600nm， 绿480~550nm，蓝450~480nm，紫400~450nm）。
1962年， 美国用GaAsP资料成功开宣布全球第一颗LED（赤色）。在其后40多年中， LED阅历了GaP（ 550nm绿色）、GaAsP（ 650nm赤色、橙色和黄色）、GaAlAs（ 680nm红光）和InGaAlP（ 590~620nm黄-橙黄）等多种资料的形式， 但发光颜色长期局限于赤色和黄绿色。1993年， 日亚公司的研究人员Nakamora首次成功地研制出氮化物LED， 实现了蓝色半导体发光， 进而于1996年实现了白光LED。就光色而言，到2003年时， LED光源几乎完全涵盖了位于CIE（国际照明委员会）色度曲线内部的饱和颜色，LED与荧光组合可以产生任何一种颜色。LED今后主要的发展趋势是高亮度化，目前HB-LED较常运用的两种化合资料是AlGaInP（产生高亮度的橘红、橙、黄、绿光）及GaN/InGaN（ GaN产生绿、翠绿、蓝光以及用InGaN产生近紫外线、蓝绿、蓝光）。
       2、白光LED的实现—— GaN基蓝光LED、荧光粉
       一般白光LED的生产技能包括选用RGB三色晶粒、蓝光LED+黄色荧光粉、蓝光LED+绿、红两色荧光粉、UVLED+RGB三色荧光粉，以及选用ZnSe资料以宣布白光等五大技能。其中，蓝光LED加上黄色荧光粉产生白光是目前一切技能中最易实现的，具有成本低、寿命长、亮度及可靠度高级优势。
       氮化镓基（ GaN）资料是目前国际最先进的半导体资料，具有内、外量子功率高级特性， 可制成高效蓝、绿光发光二极管LED，并可延伸到白光LED， 将替代人类沿用至今的照明系统。
       目前可被蓝光激发并发射可见光的荧光粉的品种并不多， 可分为稀土石榴石（ YAG）、硫代镓酸盐、碱土硫化物、碱土金属铝酸盐、卤磷酸盐、卤硅酸盐以及氟砷（锗）酸镁等七大类。归纳各种物理化学及发光特性后，三价铈（ Ce3+）激活的稀土石榴石YAG: Ce3+体系荧光粉变成白光LED的首选资料。
       但蓝光芯片与黄色荧光粉组合的色温偏高、显色指数偏低阻碍了它的进一步应用。实验验证， 色温跟着荧光粉比例的增加而降低，显色指数变化不明显。各种增加白光LED发光光谱连续性的计划被提出来进步其显色指数；选用小粒径的荧光粉可以显著进步产品的光色均匀性（在色温8000K时， 可进步50%以上）；采取荧光粉保形涂覆技能（ conformally coating），可将出光均匀性进步10倍； 运用纳米量子阱作为有源层的有机/无机LED，能获得一个具有高纯度饱和度且颜色可调的窄带宽。
       3、构造的发展——发光功率的提高
       1991年以来，资料技能与芯片规格和形状的组合，使供给的流明通量大幅进步: 基于匹配衬底所做的低缺点密度的LED可获得最佳的发光性能，如SiC上所做的器件具有更小的位错密度， 基于该衬底的各色光LED的性能优于在蓝宝石衬底上依靠侧向成长来减小位错密度的LED性能；增大芯片面积也能进步发光功率； 构造化芯片形状的设计由最初普遍选用的低出光率的台面构造（长方形）发展为倒金字塔形（化学刻蚀）以及六棱锥形，选用这些新颖的构造可以从芯片中获取更多的光。
       跟着发光资料的开发和半导体制作技能的改进，在芯片成长过程中引入了MOCVD外延成长技能、分布式布拉格反射（ DBR）的构造、光学微腔（RC）以及量子阱构造（QW）、功率型LED的多量子阱构造（MQW）等， 使得半导体照明用的发光二极管发光功率不断进步，2010年已打破100 lm/W。一起将芯片选用倒装焊构造及纹理外表取光构造（即外表粗化）也能进步LED的外量子功率和取光率。
       4、技能的发展——单色功率的提高
       早期赤色LED（GaAsP）的性能只有0.1 lm/W的输出通量，掺氮使其功率提高了约10倍。到1971年， 绿色芯片实现了类似的功率。上世纪80年代早期， AlGaAsLED的生产技能得到打破，可以以高达10lm/W的功率产生红光。199年， In-GaAIP（590~620nm黄-橙黄）技能供给了与最佳赤色器件平等的性能， 较当时的标准GaAsP器件（赤色、橙色和黄色）要好10倍。2003年时，透明基底lnGaAIP的LED器件供给几流明到几十流明的输出功率。更新的技能 每个器件中封装了更多的LED或多个器件安装在一个装配件中， 使得其流明输出可以与微型白炽灯相当。
       1990年前后SiC基底的蓝色LED问世，其功率仅4 lm/W，随后GaN基LED在技能上取得打破。跟着高亮度蓝光LED的技能进步，2006年，用蓝光激发荧光粉宣布白光的LED发光功率大都已超30lm/W，某些产品已超越50lm/W的水平。共沉淀法等全新的荧光粉制备技能也促进了高效LED白光的发展。
       5、封装
       粘结资料和基板是LED散热的关键环节: 跟着LED器件输入功率的提高，粘结资料的导热性能需要由弱变强 粘结资料从普通导热胶到导电型银浆、锡浆； 常用的散热基板资料包括硅、金属（如铝、铜）、陶瓷（如Al2O3、AIN、SiC）和复合资料等， 归纳评估基板的加工难易度、成本、比重、热膨胀系数、热导率、强度与硬度等指标，金属基复合资料（如AlSiC） 脱颖而出，广泛应用于大功率LED封装中。
       进步出光率的2个关键：（1）降低遮蔽、增加光透率——成长电流分散层把注入器件的电流拓打开； 改动电极形状（梳状电极，米字型电极）来改善电流分散；制作透明电极（ITO）；（2）强化光折射、反射率——LED芯片的构造从横向发展到倒装焊直至笔直； 选用折射系数逐层降低的多层硅胶；芯片发光层与硅底板之间增加反射层；对芯片侧面的热沉进行镜面加工；在倒装芯片的蓝宝石衬底与环氧树脂结合面之间增加一层硅胶资料作为热膨胀应力缓冲层； 出光面粗化处理； 选取高透光的玻璃或亚克力等合成资料来制作透镜，且以市场需求量最大的球形透镜构造为基础， 兼顾凸透镜等其他多种透镜设计构造；选用聚碳酸酯或硅制作的自由形状透镜这一新颖的封装模式有更高（约9%）的光获取功率；开发没有反射的左手资料代替目前的Ag或Au发射镜。
       LED的封装计划也由上世纪80年代出现的外表贴装（SMT）转向目前国际上主流封装技能——硅底板倒装法、陶瓷底板倒装法和AIGalnN/碳化硅背面出光法， 新提出的嵌入式封装技能解决了大功率LED中的两大挑战——光输出耦合和高工作温度。
三、LED技能创新分析

       LED的技能应用已经不仅仅是以灯光的身份出现，LED的技能更多的融入到了大屏幕拼接、虚拟演播室等产品或归纳解决计划中。
       MOCVD外延成长技能的引入使LED的内量子已超越80%，进步的空间不大， 但因为外量子功率低也是导致总的出光功率十分低的缘由，所以目前解决出光功率低的技能首选笔直构造和光子晶体。
       现有蓝宝石衬底近几年内仍将是构造发展的主要技能路线，衬底资料中蓝宝石和与之配套的笔直构造衬底的激光剥离技能仍将在较长时间内占控制地位。
       未来非极性面外延技能有望解决目前三基色LED集成的最大障碍——绿光LED高功效的疑问。用GaN衬底外延成长手段来抑制光衰的技能在5~7年内有望得到打破。
       重大装备和原资料的国产化是降低成本的重要且有效的途径之一。国内封装与国外相比没有明显的差距，但国内当前的专利类型仍以实用型为主， 技能创新性有待进一步的进步。