中心議題:

• 研究高壓LED基本結構及關鍵技術
• 低壓
  、交流及高壓二極體的驅動方式的討論

解決方案:

• 高壓發光二極體的效率優於傳統低壓發光二極體
• 高壓發光二極體建立有關的模擬光、電及熱模型

最近幾年由於技術及效率的進步，LED的應用越來越廣；隨著LED應用的升級，市場對於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方向發展。

對於高功率LED的設計，目前各大廠多以大尺寸單顆低壓DC LED為wei主zhu，做zuo法fa有you二er，一yi為wei傳chuan統tong水shui平ping結jie構gou，另ling一yi則ze為wei垂chui直zhi導dao電dian結jie構gou。就jiu第di一yi種zhong做zuo法fa而er言yan，其qi製製程cheng和he一yi般ban小xiao尺chi寸cun晶jing粒li幾ji乎hu相xiang同tong，換huan句ju話hua說shuo，兩liang者zhe的de剖pou麵mian結jie構gou是shi一yi樣yang的de
，但dan有you別bie於yu小xiao尺chi寸cun晶jing粒li，高gao功gong率lvLED常常需要操作在大電流之下
，一點點不平衡的P
、N電極設計，都會導致嚴重的電流叢聚效應(Current crowding)，其結果除了使得LED晶片達不到設計所需的亮度外
，也會損害晶片的可靠度(Reliability)。

當然
，對上遊晶片製造者／晶片廠而言


，此作法製程相容性(Compatibility)高(gao)，無(wu)需(xu)再(zai)添(tian)購(gou)新(xin)式(shi)或(huo)特(te)殊(shu)機(ji)台(tai)
，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，對(dui)於(yu)下(xia)遊(you)係(xi)統(tong)廠(chang)而(er)言(yan)，週(週)邊(bian)的(de)搭(da)配(pei)

，如(ru)電(dian)源(yuan)方(fang)麵(mian)的(de)設(she)計(ji)等(deng)等(deng)，差(cha)異(yi)並(bing)不(bu)大(da)。但(dan)如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)
，在(zai)大(da)尺(chi)寸(cun)LED上要將電流均勻擴散並不是件容易的事，尺寸愈大愈困難；同時
，由於幾何效應的關係，大尺寸LED的光萃取效率往往較小尺寸的低。 [page]
第2種做法較第1種複雜許多，由於目前商品化的藍光LEDjihudoushichengchangyulanbaoshijibanzhishang，yaogaiweichuizhidaodianjiegou，bixuxianhedaodianxingjibanzuojiehezhihou，zaijiangbudaodiandelanbaoshijibanyuyiyichu，zhihouzaiwanchenghouxu製cheng；就電流分布而言
，由於在垂直結構中，較不需要考慮橫向傳導，因此電流均勻度較傳統水準結構為佳


；除chu此ci之zhi外wai，就jiu基ji本ben的de物wu理li塬yuan理li而er言yan，導dao電dian性xing良liang好hao的de物wu質zhi也ye具ju有you高gao導dao熱re的de特te質zhi，藉ji由you置zhi換huan基ji板ban，我wo們men同tong時shi也ye改gai善shan了le散san熱re

，降jiang低di了le接jie麵mian溫wen度du，如ru此ci一yi來lai便bian間jian接jie提ti高gao了le發fa光guang效xiao率lv。但dan此ci種zhong做zuo法fa最zui大da的de缺que點dian在zai於yu，由you於yu製製程cheng複fu雜za度du提ti高gao，導dao致zhi良liang率lv較jiao傳chuan統tong水shui平ping結jie構gou低di，製製作zuo成cheng本ben高gao出chu不bu少shao。

高壓發光二極體(HV LED)基本結構及關鍵技術

晶元光電於全球率先提出了高壓發光二極體(HV LED)作為高功率LED的解決方案；其基本架構和AC LED相同，乃是將晶片麵積分割成多個cell之後串聯而成。其特色在於，晶片能夠依照不同輸入之電壓的需求而決定其cell數量與大小等
，等同於做到客製化的服務。由於可以針對每顆cell加以優化
，因此能夠得到較佳的電流分布

，進而提高發光效率。

高壓發光二極體和一般低壓二極體在技術上最主要的差異有叁
，第一為溝槽(Trench)。溝槽的目的在於將複數顆的晶胞獨立開來，因此其溝槽下方需要達到絕緣的基板，其深度依不同的外延結構而異
，一般約在4~8um，溝槽寬度方麵則無一定的限製
，但是溝槽太寬代表著有效發光區域的減少，將影響HV LED的發光效率表現，因此需要開發高深寬比的製程技術
，縮小製程線寬以增加發光效率。

第二為絕緣層(Isolation)

，若絕緣層不具備良好的絕緣特性，將使整個設計失敗


，其困難點在於必須在高深寬比的溝槽上披覆包覆性良好
、膜質緊密及絕緣性佳的膜層
，這也是單晶AC LED製程上的關鍵。

第三個是晶片間的互連導線(Interconnect)。一般而言
，要做到良好的連結，導線在跨接時需要一個相對平坦的表麵
，一個深邃的階梯狀結構將使得導線結構薄弱，在高電壓、gaodianliuqudongxiayichanshenghuisun，zaochengjingpiandeshixiao，yincipingtanhua製chengdekaifajiubiandezhongyao。lixiangdezhuangtaishizaizuojueyuancengshi，nengyi併jiangshensuidegoucaoyuyipingtanhua
，shihuliandaoxiandeyipingshunlianjie。
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此外，高壓發光二極體在應用上和一般低壓二極體最主要的不同點為
，它不僅僅能夠應用於定直流(Constant DC)中，隻要外接橋式整流器

，它也能夠應用於交流環境，非常具有彈性。在高壓發光二極體中，外部整流器捨棄AC LED採用同質氮化镓的做法而改採用矽整流器，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；最後，因為高壓發光二極體較AC LED少了內部橋整的發光區
，使發光效率相對較高，耐用度也較佳。

作為大尺寸、高功率LED的解決方案

高壓發光二極體的效率優於一般傳統低壓發光二極體
，主要可歸因為小電流
、多cell的(de)設(she)計(ji)能(neng)均(jun)勻(yun)地(di)將(jiang)電(dian)流(liu)擴(kuo)散(san)開(kai)來(lai)，進(jin)而(er)提(ti)升(sheng)光(guang)萃(cui)取(qu)效(xiao)率(lv)。在(zai)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)當(dang)中(zhong)
，除(chu)了(le)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)晶(jing)片(pian)本(ben)身(shen)效(xiao)率(lv)外(wai)
，最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)的(de)售(shou)價(jia)也(ye)是(shi)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)
；例如在當前照明領域中，LED燈源仍不被視為主流性產品，關鍵點在於其售價仍舊偏高。LED燈源價格高昂的塬因，除了晶片本身的價格之外
，尚需要考慮整體的物料清單(Bill of material；BOM)，例如由於發光二極體本質上為一具有極性的元件

，必須供給一順向偏壓才得以點亮，因此一般LED照明光源內都必須附加交流轉直流(AC/DC)的電源轉換係統，這是必須付出的成本。

又因LED本身體積小，熱源容易集中，而造成所謂熱點(Hot spot)現象
，使得發光元件本身壽命變短。為了解決熱點的問題
，LEDdengyuanshangdesanreshejiyebukequeshao，muqiansanreshejifangmianyijinshusanrepianzuiweichangjian
，danjinshusanrepianchulezengjiadengyuandezhongliang
，yezengjiadengyuandechengben。youyugaoyafaguangerjitibenshenxiaolvgao，huijianshaofeirejiduisanredexuqiu

，jinerxuejianchengben；從(cong)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)的(de)角(jiao)度(du)而(er)言(yan)，高(gao)電(dian)壓(ya)小(xiao)瓦(wa)數(shu)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)器(qi)如(ru)返(fan)馳(chi)拓(tuo)僕(僕)式(shi)電(dian)路(lu)，除(chu)了(le)體(ti)積(ji)小(xiao)外(wai)
，因(yin)為(wei)採(採)用(yong)的(de)元(yuan)件(jian)少(shao)
，成(cheng)本(ben)也(ye)較(jiao)低(di)。因(yin)此(ci)


，高(gao)壓(ya)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)體(ti)的(de)優(you)點(dian)不(bu)僅(jin)在(zai)於(yu)晶(jing)片(pian)本(ben)身(shen)

，它(ta)能(neng)直(zhi)接(jie)或(huo)間(jian)接(jie)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)整(zheng)體(ti)模(mo)組(zu)的(de)效(xiao)率(lv)。

總括而言，在應用及設計上，單晶片的高壓發光二極體有下列好處：

1、節省變壓器能量轉換的損耗及降低成本。

2、除了高電壓直流的應用外

，利用外部橋式整流電路也可設計於交流下操作。

3、體積小不佔空間，對封裝及光學設計都具有極佳的運用彈性。

4、除了紅色螢光粉外，也可以運用藍、紅HV LED搭配適當的黃、綠色螢光粉製成更高效率的高CRI暖白LED。
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目前在晶元光電中，會首先依據客戶的各項參數需求
，做設計準則的基本檢查
；進一步根據相關的光
、電及熱模型執行模擬
，決定單位晶胞的大小、數目及最終產品呈現形式後，再加以實踐驗證
；binggenjushijiansuoshoujidaodeziliao，yanzhengyuanshisheji

，huoshijiayixiugaidadaoyouhuadejieguo。muqianjingyuanguangdianyanfazhongxinyijingzheshoujinxinggaoyafaguangerjitixiangguanmoniguang、電及熱模型的建立。

總結：

本文著重討論了高壓LED基本結構及關鍵技術在個主題，並通過討論低壓二極體
、交流二極體及高壓二極體驅動方式的差異，從而得出單晶片的高壓發光二極體具有眾多的好處，它可以作為大尺寸、高功率LED的de解jie決jue方fang案an

，高gao壓ya發fa光guang二er極ji體ti的de效xiao率lv優you於yu一yi般ban傳chuan統tong低di壓ya發fa光guang二er極ji體ti，主zhu要yao可ke歸gui因yin為wei小xiao電dian流liu。發fa現xian了le這zhe一yi點dian，可ke以yi為wei工gong程cheng師shi選xuan擇ze合he適shi的de元yuan器qi件jian提ti供gong了le參can考kao的de價jia值zhi。