蓝光LED目前以蓝宝石(Sapphire)为基板,然而本身不导电且不易散热等问题,致使LED晶粒厂近几年致力于新技术,而且方向均朝向金属基板来开发。
台湾厂商过去在LED领域,技术多半跟著日本大厂走,金属基板的技术开发期程,则是各家起跑点差异不大,也是台湾厂商的机会。在台湾晶粒厂中,旭明光电(SemiLEDs)已经研发出金属基板垂直结构的蓝光LED,并且量产品发光效率已达6080lm/W。
该水平已较目前使用传统Sapphire基板结构所能量产的50lm/W高出许多,未来可望有更多LED大厂导入量产。率先进入量产的旭明光电表示,在一些改善空间已经有方向之下,预估2007年底量产品即可挑战100lm/W的关卡。
垂直结构金属基板使亮度有效提升
采用Sapphire为基板的蓝光LED虽然是制程主流,但是它不导电,P、N两极需要放在同一侧,才能形成电光转换,而且导热又差,对于大尺寸LED来说,电流不易通过并且散热问题较难解决,因此,LED晶粒厂莫不思考新架构。
大约自20032004年起,台湾LED业界逐渐兴起了改为金属基板且使用垂直结构的技术浪潮,并且有愈来愈多厂商认同,2004年龙头大厂日亚化(Nichia)发表采用CuW为基板接合的新制程。
不过后续发展并不明朗,国内厂商在市面查访,该公司的蓝光LED都还是使用Sapphire基板。倒是公司成立于硅谷,但研发、制造和业务都设于台湾的美商SemiLEDs旭明光电,已经开发出以铜合金为基础、垂直结构的蓝光LED,并在2005年底导入量产。
采用该结构的40 mil 350mA蓝光LED最佳封装,发光效率以工研院实测值已达6080lm/W,以一般Lumileds的Luxeon公模封装,发光效率也达5070lm/W。相较于一般Sapphire为基板的发光效率50lm/W水平,效率已经提升许多。
并且在改善已有方向之下,2007年底更以发光效率达100lm/W为目标。该公司目前发光效率水平低于Cree约15%,届时或许差距能够有所拉近。
旭明光电成立仅有2年,因为公司规模尚有限,现阶段以高功率蓝光LED的研发制造为主,未来不排除切入四元LED,也有可能跨入目前市场大宗应用领域最广的低功率LED开发。
以下我们以几张图片来说明金属垂直结构和Sapphire基板的不同。

图说:新一代InGaN技术垂直剖面图。由于铜的导热性最佳,以铜合金为基板,而且因为金属不透明的特性会减少光的取出,因此加上一块镜面作为反射层;表面延续粗化处理技术,改善全反射角使得光的利用率提升。(资料来源:旭明光电)

图说:上图为传统Sapphire基板与金属垂直结构的比较。Sapphire基板不导电,相对来说有较低的热传导性,低反射性;金属基板导热性佳,热传导系数高,具高反射性(加一镜子)。(资料来源:旭明光电)

图说:不同结构的热阻分析,愈大尺寸的Sapphire结构LED,热阻愈高;旭明则能提供更低的热阻值。(资料来源:旭明光电)