LED元件技术发展了望.PDF

第二章 LED元件技術發展瞭望 2-1　LED產品發展趨勢 第二章 LED元件技術發展瞭望 LED在過去市場發展的初期僅作為指示用的微量光源，但隨著LED持續走向高亮度、高功率 發展，所能涵蓋的應用市場愈來愈龐大。舉凡行動裝置、電子設備、戶外看板、車用、照明、顯 示器背光源、交通號誌、投影機光源等，都在LED應用範疇之內。本章即收錄LED產品趨勢及螢 光粉技術瞭望。 2-1　LED產品發展趨勢 自1995年日本Nichia（日亞化學）公司的Shuji Nakamura（中村修二）博士開發出高亮度 GaN藍光與綠光LED產品之後，足以混成白光應用的高亮度紅、藍、綠LED產品才正式開發完 備，如圖2-1-1所示。接著1996年再發表業界首顆以InGaN藍光晶粒搭配黃色螢光粉所混成的白 光LED，迄今仍為白光LED封裝的主流技術之一。 2-1-1　LED元件產品發展歷程 LED產品發展至今，上游LED磊晶片製造材料主要以III-V族（如InP、GaAs、AlGaAs、 AlGaInP、InGaAsP、GaP、CaAsP、GaN、InGaN、AlGaN等）或II-VI（ZnSe、ZnO等）化合 物半導體為發光材料，並以選擇其中InP、GaAs、GaP、Si、GaN、SiC、藍寶石作為合適的磊 晶基板，如圖2-1-2所示。 PIDA 4 第二章 LED元件技術發展瞭望 2-1　LED產品發展趨勢 圖2-1-1　LED發光材料與產品化進展 資料來源：Lumileds，PIDA整理，2007 圖2-1-2　LED發光材料與產品化進展 5 PIDA 第二章 LED元件技術發展瞭望 2-1　LED產品發展趨勢 如藍光LED為例，主要採用藍寶石為磊晶基板，發光層材料為InGaN，放置於有機金屬化 學氣相磊晶（Metal-organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）設備腔體內，並在運轉過程 中通入有機金屬氣體（Mo source），讓磊晶基板表面得以一層層成長LED所需之緩衝層、N型 磊晶層、發光層、P型磊晶層等。一般常見LED磊晶片有紅外光、各色可見光，以及紫外光等波 段；直徑尺寸為2、3、4、6、8英吋等。 而生產LED磊晶片的MOCVD設備開發，如德國Aixtron、美國Veeco、日本Taiyo Nippon Sanso等設備也逐步朝向多片式、大尺寸、多腔體式等提升產出量的機台開發。主因其一為照明 用高功率LED與大尺寸背光源需要大尺寸晶粒，提升單位面積的出光量，故改用大尺寸基板來提 升LED磊晶片切割使用率。其二對於高產出一致性LED磊晶片的需求，滿足對同一規格的落Bin 率。其三節省LED磊晶片單位面積生產所需要的磊晶原料，降低成本。 透過MOCVD設備產出的LED磊晶片，將由中游晶粒加工廠進行上電極蒸鍍、曝光顯影、蝕 刻等製程，因為藍寶石等磊晶基板材質較硬，故進行晶粒切割之前，需要研磨拋光使基板變薄， 這也有利於晶粒散熱與封裝。此外，有些廠商在晶粒製程階段，設計將多顆小晶粒連結在一起， 使其具備可調整電壓及電流功能，成為AC LED（Alternating Current；交流）與HV LED（High Voltage；高壓）晶粒產品的基本設計概念。 加工製程後的LED晶粒，尺寸大小依照應用而有所不同，一般以mil或mm為單位，以常用 於照明的高功率LED晶粒為例，晶粒尺寸40 mil×40 mil約為1 mm×1 mm面積大小（1 mil=1／ 1000inch ≒ 0.0254mm