LED芯片：原理、分类、组成元素与发光特性介绍

LED 作为制造各类 LED 照明灯具、指示灯以及 LED 屏的基础电子元器件，以其高效节能的特性广泛应用于各个领域。而 LED 芯片作为 LED 的核心部分，更是具备诸多独特特性。下面，让我们从 LED 的发展历史开始，深入了解 LED 芯片的原理、分类以及发光特性等多方面知识。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
一、LED 的发展历史dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
LED 是英文 light emitting diode（即发光二极管）的缩写，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，并使用环氧树脂密封，即固体封装，这使得 LED 具有良好的抗震性能。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
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早在 19 世纪初期，人类就已掌握半导体材料可产生光线的基本知识。1962 年，通用电气公司的尼克・何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）开发出第一种可见光发光二极管，即首个红光 LED。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
最初，LED 常被用作仪器仪表的指示光源。随着各种光色 LED 的出现，它逐渐被应用于交通信号灯和大面积显示屏中，并产生了显著的经济效益和社会效益。以 12 英寸红色交通信号灯为例，以往只能采用低光效的 140 瓦白炽灯作为光源，虽能产生 2000 流明的白光，但经过红色滤光片后，光损失高达 90%，只剩下 200 流明亮度的红光。而在红光 LED 出现后，仅需使用 18 个红光 LED 即可产生同样亮度的红光光效，即便把电路损耗计算在内，也只需耗电 14 瓦，大大降低了能源消耗。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
二、LED 芯片的原理dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
LED 是一种可直接把电转化为光的固态半导体器件。其核心是一个半导体晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端为负极，另一端连接电源正极，整个晶片通常使用环氧树脂封装起来。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
半导体晶片由两部分组成，一边为 P 型半导体，以空穴为主；另一边是 N 型半导体，以电子为主。将这两种半导体连接起来，便形成一个 “P-N 结”。当电流通过导线进入晶片时，N 型半导体中的电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子与空穴复合，以光子的形式发出能量，从而产生光。此外，组成 P-N 结的材料决定着 LED 发出光的波长，而光的波长又决定了光的颜色。dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
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三、LED 芯片的分类dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]

1. MB 芯片定义与特点
   • 定义：MB 为 Metal Bonding 的缩写，MB 芯片即金属粘着芯片，为 UEC 的专利产品。
   • 特点：
     • 采用高导热系数的材料 Si 作为衬底，散热效率良好。不同材料的导热系数分别为 GaAs: 46W/m-K；GaP: 77W/m-K；Si: 125～150W/m-K；Cupper: 300~400W/m-k；SiC: 490W/m-K。
     • 通过金属层来接合磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收。
     • 导电的 Si 衬底取代 GaAs 衬底，具备良好的热传导能力（导热系数相差 3~4 倍），更适应于高驱动电流领域。
     • 底部金属反射层，有利于光度的提升及散热。
     • 尺寸可加大，应用于 High power 领域，例如 42mil MB。
2. GB 芯片定义和特点
   • 定义：GB 为 Glue Bonding 的缩写，即粘着结合芯片，属于 UEC 的专利产品。
   • 特点：
     • 透明的蓝宝石衬底取代吸光的 GaAs 衬底，其出光功率是传统 AS（Absorbable structure）芯片的 2 倍以上，蓝宝石衬底类似 TS 芯片的 GaP 衬底。
     • 芯片四面发光，具有出色的 Pattern 图。
     • 亮度方面，整体亮度已超过 TS 芯片的水平（8.6mil）。
     • 双电极结构，其耐高电流方面稍差于 TS 单电极芯片。
3. TS 芯片定义和特点
   • 定义：TS 为 transparent structure 的缩写，即透明衬底芯片，属于 HP 的专利产品。
   • 特点：
     • 芯片工艺制作复杂，远高于 AS LED。
     • 信赖性卓越。
     • 透明的 GaP 衬底，不吸收光，亮度高。
     • 应用广泛。
4. AS 芯片定义与特点
   • 定义：AS 为 Absorbable structure 的缩写，即吸收衬底芯片。经过近四十年的发展，海外 LED 光电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售处于成熟阶段，各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平，差距不大。由于国内芯片制造业起步较晚，目前国内 AS 芯片的亮度及可靠度与海外的 AS 芯片仍有一定差距。这里所谈的 AS 芯片，特指 UEC 的 AS 芯片，例如 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR, 709SYM-VR 等。
   • 特点：
     • 四元芯片，采用 MOVPE 工艺制备，亮度相对于常规芯片要亮。
     • 信赖性优良。
     • 应用广泛。

1. LPE：Liquid Phase Epitaxy 的缩写，即液相磊晶法，如 GaP/GaP。
2. VPE：Vapor Phase Epitaxy 的缩写，即气相磊晶法，如 GaAsP/GaAs。
3. MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy 的缩写，即有机金属气相磊晶法，如 ALGaInP、GaN。
4. SH：GaAlAs/GaAs Single Hetero structure 的缩写，即单异型结构，如 GaAlAs/GaAs。
5. DH：GaAlAs/GaAs Double Hetero structure 的缩写，即双异型结构，如 GaAlAs/GaAs。
6. DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Hetero structure 的缩写，即双异型结构，如 GaAlAs/GaAlAs。

1. LED 晶片的组成：dow全球led显示屏排行榜_[显示之家]
   LED 芯片主要由砷（AS）、铝（AL）、镓（Ga）、铟（IN）、磷（P）、氮（N）和锶（Si）等多种元素中的若干种元素组成，具体成分取决于不同的应用目的与技术规范。
2. LED 晶片的分类：
   • 按发光亮度分：
     • 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。
     • 不可见光（红外线）：R、SIR、VIR、HIR。
     • 红外线接收管：PT。
     • 光电管：PD。
   • 按组成元素分：
     • 二元晶片（磷、镓）：H、G 等。
     • 三元晶片（磷、镓、砷）：SR、HR、UR 等。
     • 四元晶片（磷、铝、镓、铟）：SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG。
3. LED 晶片型号、发光颜色、组成元素与波长对照表：