อะไรคือวัสดุหลักของชิป LED? 

บทนำ: การสร้างบล็อคของไฟ LED

ชิป LED (ไดโอดเปล่งแสง) เป็นหัวใจสำคัญของระบบไฟสมัยใหม่ ขับเคลื่อนทุกสิ่งตั้งแต่หน้าจอสมาร์ทโฟนไปจนถึงจอแสดงผลในสนามกีฬา แต่พวกเขาทำมาจากอะไรกันแน่? ต่างจากหลอดไส้แบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยเส้นใยที่ให้ความร้อน LED จะสร้างแสงผ่านได้ไฟฟ้าเรืองแสงในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

บทความนี้สำรวจ:
✔ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลักที่ใช้ใน LED
✔ วัสดุที่แตกต่างกันส่งผลต่อสีและประสิทธิภาพอย่างไร
✔ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชิป LED
✔ การใช้งานจริง-ในโลกแห่งความเป็นจริงของ LED ประเภทต่างๆ

วัสดุหลักในชิป LED

ชิป LED คืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทำจากวัสดุชั้นๆ ที่แปลงไฟฟ้าเป็นแสง ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดคือ:

1. พื้นผิว (ชั้นฐาน)

ให้การสนับสนุนโครงสร้างสำหรับชิป

วัสดุทั่วไป:

แซฟไฟร์ (Al₂O₃)– พบมากที่สุดสำหรับไฟ LED สีฟ้า/สีขาว

ซิลิคอน (ศรี)– ต้นทุนต่ำกว่าแต่มีข้อบกพร่องสูงกว่า

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)– ตัวเลือกระดับพรีเมียมสำหรับไฟ LED กำลังสูง-

แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs)– ใช้สำหรับไฟ LED อินฟราเรด/สีแดง

2. ชั้นอีปิแอกเชียล (บริเวณที่เปล่งแสง-)

ฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์บางที่เติบโตบนพื้นผิว

กำหนดสีและประสิทธิภาพของ LED

วัสดุสำคัญ:

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN)– ไฟ LED สีฟ้า/ยูวี

อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (InGaN)– ปรับสีได้ (เขียวถึงม่วง)

อะลูมิเนียม แกลเลียม อินเดียม ฟอสไฟด์ (AlGaInP)– ไฟ LED สีแดง/เหลือง/เหลือง

3. สารเจือปน (สำหรับการนำไฟฟ้า)

เพิ่มไปยังเซมิคอนดักเตอร์เพื่อควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้า

สารเจือปนชนิด n- (เช่น ซิลิคอน)– ให้อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น

สารเจือปนประเภท p- (เช่น แมกนีเซียม)– สร้าง “รู” สำหรับการไหลของอิเล็กตรอน

วัสดุ LED ตามสี

กรณีศึกษา:

ไฟ LED XLamp® ของ Creeใช้สารตั้งต้น SiCเพื่อการกระจายความร้อนที่เหนือกว่า ทำให้ได้ประสิทธิภาพ 200+ ลูเมน/วัตต์

ไฟ LED สีขาวของ Nichiaรวมกันชิปสีน้ำเงิน InGaNกับซีเรียม-เจืออิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG:Ce) ฟอสเฟอร์สำหรับแสงสีขาวโทนอุ่น-ถึง-

วัสดุส่งผลต่อประสิทธิภาพของ LED อย่างไร

1. ประสิทธิภาพและความสว่าง

กาน-บน-แซฟไฟร์LED ครองตลาดเนื่องจากประสิทธิภาพสูง (~60% ของผนัง-ประสิทธิภาพของปลั๊ก)

GaN-บน-SiC(เช่น Cree LED) ให้การนำความร้อนที่ดีกว่า ลดการสูญเสียประสิทธิภาพที่กำลังไฟสูง

2. ความแม่นยำของสี (CRI & R9)

ไฟ LED สีขาวที่ใช้ InGaN-อาศัยการแปลงสารเรืองแสง ซึ่งส่งผลต่อการแสดงสี

ไฟ LED สีตรง- (AlGaInP)มีเฉดสีที่บริสุทธิ์กว่าแต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าในสีเขียว/เหลือง

3. อายุการใช้งานและความต้านทานความร้อน

สารตั้งต้น SiCแซฟไฟร์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าใน LED กำลังสูง- (50,000+ ชั่วโมง)

การจัดการระบายความร้อนไม่ดีเร่งการย่อยสลายวัสดุ (เช่น การดับความร้อนด้วยสารเรืองแสง)

ความก้าวหน้าด้านวัสดุชิป LED

1. GaN-บน-GaN (การกำจัดข้อบกพร่อง)

GaN-บน-ไฟ LED แซฟไฟร์แบบดั้งเดิมประสบปัญหาขัดแตะไม่ตรงกัน,ลดประสิทธิภาพ.

กาน-บน-กาน(เช่น Soraa LED) ขยายชั้น GaN บนซับสเตรต GaN ดั้งเดิม โดยตัดข้อบกพร่องด้วย90%.

2. ไฟ LED ไมโคร- (จอแสดงผล Next- Gen)

การใช้งานเล็กมาก- (<100µm) InGaN chipsสำหรับหน้าจอ HD พิเศษ- (Apple Vision Pro, Samsung Wall TV)

กำหนดให้มีเลเซอร์ยก-ปิด (LLO)เพื่อถ่ายโอนชิปจากแซฟไฟร์เพื่อแสดงแบ็คเพลน

3. ไฟ LED ควอนตัมดอท (QLED)

แทนที่สารเรืองแสงด้วยจุดควอนตัมนาโนคริสตัลเพื่อสีที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น

QD{0}}OLED TV ของ Samsung รวมกันไฟ LED GaN สีน้ำเงินกับจุดควอนตัม CdSe.

แนวโน้มในอนาคต: อะไรต่อไปสำหรับวัสดุ LED

การเปลี่ยนจากแซฟไฟร์ไปเป็นพื้นผิว SiC/GaN อย่างต่อเนื่อง

ปรับปรุงประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างกำลังสูง- (เช่น ไฟ LED ในรถยนต์ สนามกีฬา)

ไฟ LED Perovskite (PeLED)

วัสดุเกิดใหม่ด้วยสเปกตรัมการแผ่รังสีที่แคบ(ความบริสุทธิ์ของสีที่ดีขึ้น)

มีศักยภาพในการไฟ LED ที่พิมพ์ได้ราคาถูกสุดๆ-.

LED ชีวภาพและยืดหยุ่น

ไฟ LED อินทรีย์ (OLED)สำหรับโทรศัพท์แบบพับได้

ไบโอ-ไฟ LEDสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์

สรุป: เหตุใดวัสดุ LED จึงมีความสำคัญ

✔ วัสดุต่างกัน=สีและประสิทธิภาพต่างกัน
✔ การเลือกใช้วัสดุพิมพ์ส่งผลต่อการกระจายความร้อนและอายุการใช้งาน
✔ การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่มีเป้าหมายเพื่อให้ LED ราคาถูกกว่า สว่างกว่า และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า-

เคล็ดลับสุดท้าย:เมื่อซื้อ LED ให้ตรวจสอบ:

วัสดุพื้นผิว(SiC ใช้งานได้นานกว่าแซฟไฟร์ใน LED กำลังสูง-)

คุณภาพสารเรืองแสง(ส่งผลต่อคุณภาพแสงสีขาว)

การจัดการความร้อน(กุญแจสำคัญในการมีอายุยืนยาว)

คุณรู้หรือไม่?รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2014 ได้รับรางวัลสำหรับการประดิษฐ์ GaN LED สีน้ำเงินที่มีประสิทธิภาพช่วยให้แสงไฟ LED สีขาวทันสมัย! คุณจะจ่ายเพิ่มเพื่อGaN-เปิด-GaN LEDด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้น 10%? แจ้งให้เราทราบในความคิดเห็น!