国内外的HV LED技术研发现状

直流发光二极管目前应用广泛（DC led），如果要通过市电供电，必须增加对直流的交流（AC-DC）整流器容易造成额外的材料成本和能源转换损失，因此行业已经开发出由交流电直接驱动的高压LED（HV LED），可大幅提升LED照明系统的能源利用率和发光效率。

日光灯是传统照明光源中最好的发光效率，其发光效率约为65lm/W。用于镇流器的额外电路会造成13-20%的能量损失。光源发光通过灯具的反射罩，其光源效率损失约为30-40%。因此，在实际照明应用环境下，日光灯的照明效率约为35%lm/W。虽然光源本身发光效率高，但附加电路和灯具结构造成的光损失，将会大幅降低灯源的发光效率。

目前已广泛应用于照明光源的高功率白光直流发光二极管（DC LED）(表1)光源发光效率可达150lm/W。但DC LED它由直流电源驱动。如果要在市电上使用，必须增加对直流的交流（AC-DC）对于整流器来说，电源转换会造成20-30%的能源损耗，驱动电路的体积也比较大，灯具的设计弹性会比较有限。

台湾自主研发的高压（HV）LED技术产品可直接使用市电110伏特，只需简单的外部驱动电路（V）/220V驱动操作，并具备90%高功率因数 （PF）、95%具有高能利用率、高发光效率等优点。目前，晶元光电已成为国际发展的先机，国内制造商也将陆续出现HV LED晶粒产品出货国外LED大厂使用封装及应用，国内也有很多相关厂家投资HV LED照明光源产品的开发是未来照明光源的主流趋势。

迥异DC LED 驱动方式 HV LED特点与设计大相径庭

高压LED多颗微晶粒以半导体工艺的形式放置在同一基板上，然后串联而成。所需的工艺技术和传统工艺LED非常相似。但由于驱动方式不同，特别是在交流电驱动条件下，高压LED传统的特点和设计方向LED差异显著。

1为高压LED芯片结构表示。在同一基板上制作的多个微晶粒通过金属导线串联，而高压驱动电流通过末端的两个导线垫片进入微晶粒串。从2个微晶粒结构的侧面，可以发现单个微晶粒的结构和传统LED主要区别在于尺寸的不同，其他包括透明导电层、表面粗糙度和案例蓝宝石基板可以改善传统 LED高效技术也适用于高压LED。

1 高压LED结构上视

2 蓝宝石基板生长GaN微晶粒侧视结构

高压LED与传统LED芯片的主要区别在于绝缘基板的使用、绝缘槽的蚀刻和金属导线的制造。LED核心概念是串联制作在同一基板上的多个微晶粒，因此使用绝缘基板来确保微晶粒之间的电绝缘是高压的LED正常运行的基本条件。（GaN）材料生长LED而言，由于所使用的蓝宝石基板具备极佳绝缘特性，因此，只要将微晶粒间的沟槽蚀刻到基板外露，就能达到良好的电绝缘。

另外，从3中可以发现，虽然微晶粒之间的绝缘槽是高压的LED必要的结构可以正确运行，但LED芯片的整体发光面积减少了。尽管在概念上，绝缘槽越窄，高压就会增加LED芯片的可发光面积，但相对也会提升制程的困难度。

3 高压LED芯片SEM照片

绝缘槽的侧壁必须用介电材料覆盖，以避免金属导线通过表面，P-N材料之间发生短路。然而，当绝缘槽过窄时，介电材料薄膜可能不完全覆盖，无论是化学气相沉积还是蒸镀，导致微晶粒P-N材料短路失效。同样，过窄的绝缘槽也会使金属蒸气难以进入，导致金属导线膜厚度过薄甚至不连续，然后导致高压LED芯片串联电阻增加，甚至开路故障。

为了提高介电材料和导线金属膜的工艺率，将绝缘槽制成开口向上的倒梯形结构是一种可行的方法。4中显示的倾斜侧壁结构微晶粒和高压LED 除了工艺良率外，非矩形几何结构还有助于提高微晶粒的光去除效率。此外，为了避免金属屏蔽，降低高压LED发光效率，铺设在微晶粒之间的金属导线必须具有低阻抗和低光屏蔽的特性。制作细而厚的金属导线是实现上述目标的方法之一，使用氧化锆锡等透明金属氧化物（ITO）或氧化锌（ZnO）等等，作为导线材料也是可行的，两者都有助于提高高压LED发光效率。

4 微晶粒结构具有倾斜侧壁和倒梯形开口

以下是国内外的HV LED技术研发现状，做一个总体的整理。