LED照明市場當(dāng)中,，大家談得最多的會是AC-LED和DC-LED,。然而從HV LED的概念出現(xiàn)時，除晶元光電外,，國際大廠CREE,、Nichia和飛利浦Lumileds也都推出了HV LED，國內(nèi)廠商晶科,、迪源也都貼有各自企業(yè)標(biāo)志的HV LED產(chǎn)品,。那么HV LED有哪些獨(dú)特魅力讓LED巨頭廠商爭相生產(chǎn)呢？本文為大家揭開HV LED的神秘面紗,。

　　最近幾年由于技術(shù)及效率的進(jìn)步，LED的應(yīng)用越來越廣,；隨著LED應(yīng)用的升級,，市場對于LED的需求，也朝更大功率及更高亮度,，也就是通稱的高功率LED 方向發(fā)展,。

　　對于高功率LED的設(shè)計，目前各大廠多以大尺寸單顆低壓DC LED為主,，做法有二,，一為傳統(tǒng)水平結(jié)構(gòu)，另一則為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),。就第一種做法而言,，其制程和一般小尺寸晶粒幾乎相同，換句話說,，兩者的剖面結(jié)構(gòu)是一樣 的,，但有別于小尺寸晶粒，高功率LED常常需要操作在大電流之下,，一點(diǎn)點(diǎn)不平衡的P,、N電極設(shè)計，都會導(dǎo)致嚴(yán)重的電流叢聚效應(yīng)(Current crowding),，其結(jié)果除了使得LED晶片達(dá)不到設(shè)計所需的亮度外,，也會損害晶片的可靠度(Reliability)。

　　當(dāng)然,，對上游晶片制造者／晶片廠而言,，此作法制程相容性(Compatibility)高,，無需再添購新式或特殊機(jī)臺，另一方面,，對于下游系統(tǒng)廠而言,，週邊的搭配，如電源方面的設(shè)計等等,，差異并不大,。但如前所述，在大尺寸LED上要將電流均勻擴(kuò)散并不是件容易的事,，尺寸愈大愈困難,；同時，由于幾何效應(yīng)的關(guān)系,，大尺寸LED的光萃取效率往往較小尺寸的低,。

 
圖1：低壓二極體、交流二極體及高壓二極體驅(qū)動方式的差異,。
 

 圖2：高壓LED燈串用DC來驅(qū)動

 

  　　我們見圖,，高壓LED燈串用DC來驅(qū)動，暫且不分析具體驅(qū)動細(xì)節(jié),。AC用橋堆整流,，這時LED利用率提升50%，而LED數(shù)量及成本也隨之降低50%,。整流橋價格低廉,，工藝限制集成整流橋是非常不合算的。整流橋體積不大,，體積容易接受,，直接采用AC設(shè)計LED不太經(jīng)濟(jì)。

2. 直流高壓LED

　　LED多芯片串接封裝是未來的趨勢,，在串接數(shù)量和方式上要仔細(xì)考量,。從上面的分析可以看出，設(shè)計AC LED成本和點(diǎn)亮效果上并不合適,，不能成為主流方式,，甚至可以說不具實(shí)際應(yīng)用意義。整流后的直流LED形成對交流LED強(qiáng)有力的競爭,，因此AC LED不能被廣泛應(yīng)用,。在未來可以預(yù)見AC LED只能是一場 “游戲”，市場規(guī)則決定它會除局,。

　　既然認(rèn)為多芯片串接是趨勢,，那肯定是DC驅(qū)動方式。多芯片串接需要LED晶圓級支持,，過多的金線連接光效和生產(chǎn)上都是障礙,。多芯片封裝晶圓級串接再加上COB結(jié)合，是最優(yōu)化的方式。

　　晶圓級串接最好在10pcs以內(nèi),，再結(jié)合COB金線連接,。這樣COB方式多芯片組分散式散熱，會大大降低對封裝基板的要求,。散熱熱阻降低,，LED結(jié)溫度因此降低。同時提高大數(shù)量的LED晶圓級串接良率,。

高壓LED于低壓LED的比較

　　晶元光電于全球率先提出了高壓發(fā)光二極體(HV LED)作為高功率LED的解決方案,；其基本架構(gòu)和AC LED相同，乃是將晶片面積分割成多個cell之后串聯(lián)而成,。其特色在于,，晶片能夠依照不同輸入之電壓的需求而決定其cell數(shù)量與大小等，等同于做到客制化的服務(wù),。由于可以針對每顆cell加以優(yōu)化,，因此能夠得到較佳的電流分布，進(jìn)而提高發(fā)光效率,。

　　高壓發(fā)光二極體和一般低壓二極體在技術(shù)上最主要的差異有三,，第一為溝槽(Trench)。溝槽的目的在于將復(fù)數(shù)顆的晶胞獨(dú)立開來,，因此其溝槽下方需要達(dá)到 絕緣的基板,，其深度依不同的外延結(jié)構(gòu)而異，一般約在4~8um,，溝槽寬度方面則無一定的限制,，但是溝槽太寬代表著有效發(fā)光區(qū)域的減少，將影響HV LED的發(fā)光效率表現(xiàn),，因此需要開發(fā)高深寬比的製程技術(shù),，縮小製程線寬以增加發(fā)光效率。

　　第二為絕緣層(Isolation),，若絕緣層不具備良好的絕緣特性，將使整個設(shè)計失敗,，其困難點(diǎn)在于必須在高深寬比的溝槽上披覆包覆性良好,、膜質(zhì)緊密及 絕緣性佳的膜層，這也是單晶AC LED製程上的關(guān)鍵,。

　　第三個是晶片間的互連導(dǎo)線(Interconnect),。一般而言，要做到良好的連結(jié),，導(dǎo)線在跨接時需要一個相對平坦的表面,，一個深邃的階梯狀結(jié)構(gòu)將使得 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)薄弱，在高電壓、高電流驅(qū)動下易產(chǎn)生毀損,，造成晶片的失效,，因此平坦化製程的開發(fā)就變得重要。理想的狀態(tài)是在做絕緣層時,，能一併將深邃的溝槽予以 平坦化,，使互連導(dǎo)線得以平順連接。

　　此外,，高壓發(fā)光二極體在應(yīng)用上和一般低壓二極體最主要的不同點(diǎn)為,，它不僅僅能夠應(yīng)用于定直流(Constant DC)中，只要外接橋式整流器,，它也能夠應(yīng)用于交流環(huán)境,，非常具有彈性。在高壓發(fā)光二極體中,，外部整流器捨棄AC LED採用同質(zhì)氮化鎵的做法而改採用硅整流器,，不僅使得耗能少，更可防止逆向偏壓過大對晶片所造成的影響,；最后,，因為高壓發(fā)光二極體較AC LED少了內(nèi)部橋整的發(fā)光區(qū)，使發(fā)光效率相對較高,，耐用度也較佳,。

　　高壓LED相比低壓 LED有二大明顯競爭優(yōu)勢：

　　第一，在同樣輸出功率下,，高壓LED所需的驅(qū)動電流大大低于低壓LED,。如以晶元光電的高壓藍(lán)光1W LED為例，它的正向壓降高達(dá)50V,，也即它只需20mA驅(qū)動電流就可以輸出1W功率,，而普通正向壓降為3V的1W LED，需要350mA驅(qū)動電流才能輸出1W功率,，因此同樣輸出功率的高壓LED在工作時耗散的功率要遠(yuǎn)低于低壓LED,，這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低。

　　第二,，高壓LED可以大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換效率損失,。以10W輸出功率為例，如果采用正向壓降為50V的1W高壓LED,，輸出端可以采取2并4串的配置,，4個串聯(lián)LED的正向壓降為 200V，也就是說只需從市電220V 交流電(AC)利用橋式整流及降20V就可以了,。但如果我們采用正向壓降為3V的1W低壓LED,，即便10個串在一起正向壓降也不過30V,，也就是說需要從220V AC市電降壓到30VDC。我們知道,，輸入和輸出壓差越低,，AC到DC的轉(zhuǎn)換效率就越高，可見如采用高壓LED,，變壓器的效率就可以得到大大提高,，從而可大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換時的功率損失，這一熱耗減少又可進(jìn)一步降低散熱外殼的成本,。

　　因此,，如采用高壓LED來開發(fā)LED通用照明燈具產(chǎn)品，總體功耗可以大大降低,，從而大幅降低對散熱外殼的設(shè)計要求,，如我們可用更薄更輕的鋁外殼就可滿足LED燈具的散熱需求，由于散熱鋁外殼的成本是LED照明燈具的主要成本組成部分之一,，鋁外殼成本有效降低也意味著整體LED照明燈具成本的有效降低,。

　　HV LED與其說是一種新技術(shù)不如說是一種新概念，和串聯(lián)LED器件不同,，是從芯片環(huán)節(jié)將多個小芯片集成起來,。所以HV LED的很多優(yōu)勢都類似于小芯片集成相較于大功率芯片的優(yōu)勢。不過專家認(rèn)為,，也正是由于這種較好應(yīng)用的理念,，才利于各家結(jié)合各自核心技術(shù)重塑不同的HV LED產(chǎn)品。

　　很多廠商認(rèn)為,，HV LED將是未來的主流產(chǎn)品,，記者認(rèn)為，這個判斷是否如同大功率與小功率集成的PK一樣,，各有優(yōu)劣及適宜的應(yīng)用場所,，而且歸根結(jié)底還要取決于企業(yè)本身的核心技術(shù)，更易于將哪種形式發(fā)揮到最佳就選擇哪種產(chǎn)品,，如此而已,。