國內外的HV LED技術研發現狀

直流發光二極管目前應用廣泛（DC led），如果要通過市電供電，必須增加對直流的交流（AC-DC）整流器容易造成額外的材料成本和能源轉換損失，因此行業已經開發出由交流電直接驅動的高壓LED（HV LED），可大幅提升LED照明係統的能源利用率和發光效率。

日光燈是傳統照明光源中最好的發光效率，其發光效率約為65lm/W。用於鎮流器的額外電路會造成13-20%的能量損失。光源發光通過燈具的反射罩，其光源效率損失約為30-40%。因此，在實際照明應用環境下，日光燈的照明效率約為35%lm/W。雖然光源本身發光效率高，但附加電路和燈具結構造成的光損失，將會大幅降低燈源的發光效率。

目前已廣泛應用於照明光源的高功率白光直流發光二極管（DC LED）(表1)光源發光效率可達150lm/W。但DC LED它由直流電源驅動。如果要在市電上使用，必須增加對直流的交流（AC-DC）對於整流器來說，電源轉換會造成20-30%的能源損耗，驅動電路的體積也比較大，燈具的設計彈性會比較有限。

台灣自主研發的高壓（HV）LED技術產品可直接使用市電110伏特，隻需簡單的外部驅動電路（V）/220V驅動操作，並具備90%高功率因數 （PF）、95%具有高能利用率、高發光效率等優點。目前，晶元光電已成為國際發展的先機，國內製造商也將陸續出現HV LED晶粒產品出貨國外LED大廠使用封裝及應用，國內也有很多相關廠家投資HV LED照明光源產品的開發是未來照明光源的主流趨勢。

迥異DC LED 驅動方式 HV LED特點與設計大相徑庭

高壓LED多顆微晶粒以半導體工藝的形式放置在同一基板上，然後串聯而成。所需的工藝技術和傳統工藝LED非常相似。但由於驅動方式不同，特別是在交流電驅動條件下，高壓LED傳統的特點和設計方向LED差異顯著。

1為高壓LED芯片結構表示。在同一基板上製作的多個微晶粒通過金屬導線串聯，而高壓驅動電流通過末端的兩個導線墊片進入微晶粒串。從2個微晶粒結構的側麵，可以發現單個微晶粒的結構和傳統LED主要區別在於尺寸的不同，其他包括透明導電層、表麵粗糙度和案例藍寶石基板可以改善傳統 LED高效技術也適用於高壓LED。

1 高壓LED結構上視

2 藍寶石基板生長GaN微晶粒側視結構

高壓LED與傳統LED芯片的主要區別在於絕緣基板的使用、絕緣槽的蝕刻和金屬導線的製造。LED核心概念是串聯製作在同一基板上的多個微晶粒，因此使用絕緣基板來確保微晶粒之間的電絕緣是高壓的LED正常運行的基本條件。（GaN）材料生長LED而言，由於所使用的藍寶石基板具備極佳絕緣特性，因此，隻要將微晶粒間的溝槽蝕刻到基板外露，就能達到良好的電絕緣。

另外，從3中可以發現，雖然微晶粒之間的絕緣槽是高壓的LED必要的結構可以正確運行，但LED芯片的整體發光麵積減少了。盡管在概念上，絕緣槽越窄，高壓就會增加LED芯片的可發光麵積，但相對也會提升製程的困難度。

3 高壓LED芯片SEM照片

絕緣槽的側壁必須用介電材料覆蓋，以避免金屬導線通過表麵，P-N材料之間發生短路。然而，當絕緣槽過窄時，介電材料薄膜可能不完全覆蓋，無論是化學氣相沉積還是蒸鍍，導致微晶粒P-N材料短路失效。同樣，過窄的絕緣槽也會使金屬蒸氣難以進入，導致金屬導線膜厚度過薄甚至不連續，然後導致高壓LED芯片串聯電阻增加，甚至開路故障。

為了提高介電材料和導線金屬膜的工藝率，將絕緣槽製成開口向上的倒梯形結構是一種可行的方法。4中顯示的傾斜側壁結構微晶粒和高壓LED 除了工藝良率外，非矩形幾何結構還有助於提高微晶粒的光去除效率。此外，為了避免金屬屏蔽，降低高壓LED發光效率，鋪設在微晶粒之間的金屬導線必須具有低阻抗和低光屏蔽的特性。製作細而厚的金屬導線是實現上述目標的方法之一，使用氧化鋯錫等透明金屬氧化物（ITO）或氧化鋅（ZnO）等等，作為導線材料也是可行的，兩者都有助於提高高壓LED發光效率。

4 微晶粒結構具有傾斜側壁和倒梯形開口

以下是國內外的HV LED技術研發現狀，做一個總體的整理。