PHILIPS Lumileds的Luxeon LED芯片采用覆晶結(jié)構(gòu)設(shè)計，已經(jīng)用于建筑照明。例如位于英國BRISTOL，且擁有143年悠久歷史的Clifton吊橋。薄膜技術(shù)的發(fā)展將推動Luxeon產(chǎn)品的性能至一個更高的水平，并開始進入住宅照明市場。

　　商業(yè)化白光LED的性能在過去的幾個月里迅速上升。競爭已經(jīng)激起組件架構(gòu)的創(chuàng)新，此新的組件架構(gòu)不旦改善了光子捕捉效率，也依次提升了芯片的亮度及輸出功率。這就擴展了這些組件的應用范圍，使得它們的特性更加符合固態(tài)照明中的廣泛使用需求。

　　針對這些照明應用 ，除了當今眾多商業(yè)化的LED產(chǎn)品之外，還有PHILIPS Lumileds所設(shè)計的一種氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)覆晶芯片，這就是我們公司Luxeon產(chǎn)品的特點。我們已經(jīng)成功地將InGaN/GaN覆晶與薄膜架構(gòu)整合在一起以創(chuàng)造一種更高效能的薄膜覆晶(Thin-film Flip-chip，TFFC) LED 。

　　這個組件結(jié)合了兩種方法的制造優(yōu)點，其使用一個覆晶LED芯片制造而成。此芯片在同側(cè)具有陽極及陰極，并使用金互連技術(shù)將其焊接在一個次載具(submount)或封裝之上。先利用一準分子激光器移除藍寶石基材，接著以GaN頂層之光電化學蝕刻，利用紫外燈和稀釋的氫氧化鉀溶液粗化芯片的表面。在高反射率磊晶層中，這樣的紋理架構(gòu)破壞了波導，增大了光輸出并且顯著增強了LED的外部量子效率。

　　薄膜覆晶LED架構(gòu)創(chuàng)作出極好的組件特性。接下來我們所展示的就是個例子，其輸出功率高于垂直入射型薄膜(Vertically Injected Thin-film，VTF)芯片。遠在十幾年前就有人提出這種設(shè)計，只是最近才被幾家芯片制造商采用。

　　垂直架構(gòu)的問題

　　VTF設(shè)計的底側(cè)是此構(gòu)造的重點。它通常是這樣制造而成的。在磊晶芯片的p-side上沈積一高反射率金屬接觸，然后將這種架構(gòu)與居中的導電基材接合在一起，以便在后續(xù)的所有制程和封裝過程中維持組件的完整性。在光電化學蝕刻將暴露的GaN表面粗化之前，以激光輔助剝離技術(shù)移除藍寶石基材，并加入一個包含打線接合且像網(wǎng)狀的金屬n型接觸。

　　相較于TFFC設(shè)計，這種架構(gòu)具有二個重要的缺點。第一個是中間的基材增加了封裝的熱阻。必須很小心的挑選可與GaN熱膨脹系數(shù)相匹配的基材，否則在溫度循環(huán)中會發(fā)生組件故障。另外一個VTF設(shè)計的弱點就是較低的光輸出。已制作圖案的n型接觸縮小了芯片的有效發(fā)光面積，同時打線接合也阻礙了光的放射。對于投影顯示與一些照明系統(tǒng)當中所使用的緊密芯片數(shù)組而言，這些打線接合特別另人感到討厭，就因為它們讓LED表面到主光學系統(tǒng)之間的距離拉大了。較大的距離不是增加了尺寸、重量以及光學的成本，就是降低了系統(tǒng)的效率。相較之下，我們的覆晶架構(gòu)允許緊密的LED芯片封裝，因為電極已經(jīng)從光路上移開了。

　　我們比較了我們所生產(chǎn)的二種TFFC發(fā)光二極管之效能，它們分別是以覆晶芯片及VTF芯片制造而成，而且都使用了相同的藍寶石來成長GaN磊晶晶圓。針對每種類型的組件，量測最好的已封裝藍色發(fā)光芯片(1mm x 1mm)，結(jié)果顯示TFF架構(gòu)正如預期那樣得到最高輸出。在1000mA驅(qū)動電流下，最好性能的TFFC LED的輸出比FC組件的輸出還要要高出46%，比起VTF芯片的輸出則高出17%。

　　在此次的展示中，雖然VTF組件的頂部金屬接觸之圖案制作仍未達到完美，但是要同時增強發(fā)光效率及大電流能卻是件不可能的事。如果頂部金屬接觸的尺寸為了得到最大光強度而最小化，那么電流擁擠就會增大，這樣會削弱電輸入功率。

　　TFFC藍光和白光LED芯片這二種組件的金屬化及接觸的幾何形狀皆已最佳化，以便提供一低的動態(tài)阻抗：350mA時為0.8Ω，1000mA時為0.4Ω。

　　我們的425納米藍光LED具有的最大外部量子效率(External Quantum Efficiency，EQE)為61%，功率轉(zhuǎn)換效率(wall-plug efficiency，WPE)為56%。在350mA時，EQE為56%、WPE為44%時，芯片能輸出566mW。在2000mA時，其輸出提升至2W左右。在這樣的電流密度下，如此的效率是已報導過的藍光組件中效率最高者之一。

　　封裝好的白光TFFC LED，其混合了YAG：Ce黃色熒光粉，在10mA時的峰值發(fā)光效率為147 lm/W。在350mA和1000mA時，其效率分別為88 lm/W和56 lm/W。這些效率遠遠高過那些僅具發(fā)光效率25 lm/W的典型鹵素光源，這將使照明系統(tǒng)的制造商可以實現(xiàn)更大的電效率。

　　其中的一個未封裝白光LED芯片(1mm X 1mm)表面的亮度Mapping圖顯現(xiàn)出的最高輝度為58.8 Mnit (Mcd/m2)，其平均表面輝度則為50 Mnit。這樣的亮度使得芯片在投影顯示與車用頭燈應用上成為有力的競爭者。發(fā)光效率為40 lm/W的LED，其平均亮度遠比鹵素光源還來得高(15 - 30 Mnit at ~30 lm/W)，而且也不會比高亮度氣體放電燈泡(high-intensity discharge，HID)差太多(60 - 80Mnit at ~100lm/W)。

　　我們的組件還有一個優(yōu)于這兩種選擇的重大優(yōu)勢：相當均勻且可牢固控制的發(fā)光面。這使得設(shè)計二次光系統(tǒng)更加容易，而且增強了光源利用率。這些優(yōu)點對汽車前燈照明系統(tǒng)尤其具有吸引力。實際上，將這些組件安裝在實車上的計劃正如火如荼的進行中。具有非常高表面亮度的單色LED也已經(jīng)被采用，因為它們不需要經(jīng)過彩色濾光，所以可以直接與超高壓投射燈競爭。

　　可靠度是營利成功的另一個關(guān)鍵變量，我們已經(jīng)使用直流條件與一安培驅(qū)動電流來對組件進行內(nèi)部的高溫可靠度測試。在110蚓條件下進行1000小時的白光LED芯片測試及在85蚓條件下進行的7000小時藍光組件測試，其光輸出功率的漂移不過幾個百分點而已。

　　我們還打算將TFFC設(shè)計與PHILIPS Lumileds所發(fā)展的其它技術(shù)結(jié)合起來，用來生產(chǎn)一個1mm x 1mm大小的示范芯片。此芯片在350mA時具有115 lm/W的效能、在2A時具有61 lm/W的效能，而芯片的最大光輸出則為502 lm。這芯片的相對色溫為4685K，這數(shù)值低于我們競爭者所制造出的許多芯片，也比較接近消費者的期望。

　　產(chǎn)品導入

　　在未來12至18個月中，在這個創(chuàng)記錄芯片上所使用的各種特別技術(shù)，將會被整合到我們的產(chǎn)品當中。然而，在這段時間里消費者將可以購買到我們最初的TFFC發(fā)光二極管產(chǎn)品，其提供無與倫比的效能與多功能性。這些將于今年春季上市的組件，將具有可靠度、高的光輸出與高亮度、且將適用于從投影到一般照明的各種照明系統(tǒng)。我們期望這個組件平臺將提供LED消費者比以往更高的價值，并期望建立一個扎實的基礎(chǔ)以利擴展固態(tài)照明。(編輯：璇子)