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二零一零年四月 -- 中國(guó)訊– 諸如汽車頭燈、普通照明或袖珍投影機(jī)等高功率 LED 應(yīng)用，都不斷要求更高的亮度。高驅(qū)動(dòng)電流能帶來高亮度，但是 LED 的效率卻會(huì)隨著電流上升而減弱。因此在高電流時(shí)維持高效率，是高功率 LED 提升亮度的關(guān)鍵。歐司朗光電半導(dǎo)體公司的新一代高功率芯片內(nèi)置有 n 型接觸電極，因此具備更高的效率。此外，減少俄歇復(fù)合 (Auger recombination) 便能解決高電流時(shí)效率下降的問題。

LED 效率的兩大層面包括創(chuàng)造光線（即在芯片活性區(qū)產(chǎn)生光子）和從芯片擷取光線（稱為外耦合）。量子效率指所發(fā)出光子轉(zhuǎn)換為注入電子的比例，而綜合能源效率則指光功率輸出與電力輸入之間的比例。

歐司朗全新的高效率 UX:3 芯片以其成功的 ThinGaN 技術(shù)為基礎(chǔ)，利用活性層下的金屬透鏡以及定義明確的散射表面，讓光的擷取過程達(dá)到最佳化。而這種布局已經(jīng)產(chǎn)生了 75 – 80% 的外耦合效應(yīng)。

外耦合效應(yīng)改善 

光線擷取的一大障礙，是將電流注入芯片表面的金屬 n 型接觸電極網(wǎng)格，這個(gè)網(wǎng)格會(huì)吸收光線并減少主動(dòng)發(fā)光區(qū)域。如果通過加寬網(wǎng)格間距或收窄金屬線路接觸電極來縮小金屬網(wǎng)格，便能降低這些效應(yīng)。然而，同時(shí)也可能會(huì)削弱電流傳播。電流傳播早已成為高功率芯片的重大挑戰(zhàn)，這是薄形 n 型 GaN 層內(nèi)的低端傳導(dǎo)性所致。

歐司朗采取創(chuàng)新方法，將整個(gè)網(wǎng)格內(nèi)置在芯片內(nèi)的 p 型接觸電極下方（請(qǐng)參見圖 1）。Vias（垂直連接結(jié)構(gòu)）會(huì)穿透 p 型材料，將其連接到 n 型層。p 型接觸電極含有高反射的銀質(zhì)層。n 型接觸電極和鏡面之間的絕緣層，能避免兩個(gè)電極之間發(fā)生短路。

歐司朗制造的全新芯片將成型的磊晶結(jié)構(gòu)綁定到載體上，然后移除原有基底。若要制成機(jī)械性能穩(wěn)定的芯片，以達(dá)到均勻的熱分布，關(guān)鍵在于機(jī)械載體的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、控制以及互連。新款芯片符合汽車應(yīng)用的所有規(guī)格要求，包括在溫度和濕度較高的環(huán)境下進(jìn)行的溫度循環(huán)和壓力測(cè)試。

新款芯片內(nèi)置的 n 型接觸電極能產(chǎn)生更高的量子效率。此外，改良的晶膜結(jié)構(gòu)能減少串聯(lián)電阻，進(jìn)而降低歐姆損失，從而提升綜合能源效率。得益于穩(wěn)健的芯片設(shè)計(jì)，1 mm x 1 mm 的芯片最高可在 3 A 的電流下操作，具體取決于封裝和熱管理方式。

高電流下降低效率損失

隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，高功率 LED 會(huì)發(fā)生效率降低的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的起因眾說紛紜，但是歐司朗經(jīng)過努力研究發(fā)現(xiàn)，某種形式的俄歇復(fù)合應(yīng)是主要原因。俄歇復(fù)合是指三個(gè)或更多載體與至少一個(gè)電極和一個(gè)孔之間的非輻射性復(fù)合，這些載體可能在產(chǎn)生光子的過程中有所損耗，因而影響創(chuàng)造光線的效率。雖然 LED 無法消除俄歇復(fù)合，但是能夠降低俄歇效應(yīng)。俄歇復(fù)合的發(fā)生概率與載體密度的立方成正比，因此增加活性區(qū)有助于降低俄歇效應(yīng)。歐司朗的全新 UX:3 芯片技術(shù)就是采用上述方法，實(shí)現(xiàn)了這種多量子阱芯片的電流密度最小化。

卓越成果

各種測(cè)量結(jié)果證實(shí)了新設(shè)計(jì)的成效：發(fā)光波長(zhǎng)為 440 nm 的 1 mm x 1 mm 芯片表現(xiàn)出了外部量子的最高效率，且成功實(shí)現(xiàn)了 68% 的綜合能源效率。這些芯片在 350 mA 下能產(chǎn)生 640 mW 的光功率，而在 3 A 下則能產(chǎn)生 3.2 W 的光功率。這些芯片加上磷光涂層后，產(chǎn)生白光的峰值效率可達(dá) 136 lm/W，并且在 3 A 之下達(dá)到 830 lm 的最大輸出。采用新技術(shù)的綠色 LED 的發(fā)光波長(zhǎng)為 523 nm，峰值效率則超過 200 lm/W，在 350 mA 下產(chǎn)生 117 lm (100 lm/W) 的亮度，而在 1 A 下亮度則高達(dá) 224 lm。以上數(shù)據(jù)都足以證明，LED 已成為基于紅、藍(lán)、綠發(fā)光體的高性能投影系統(tǒng)的理想選擇。

即使在高電流密度下，UX:3 LED 的發(fā)光模式也不會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電流而改變，因此該設(shè)計(jì)尤其適用于外部光學(xué)設(shè)備，例如汽車頭燈系統(tǒng)以及投影和照明應(yīng)用。由于這種芯片是表面發(fā)光體，因此光功率可以調(diào)整。此外，還可以將這些芯片結(jié)合在一起，構(gòu)成高亮度、均勻發(fā)光的多芯片陣列。