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      深紫外UVC LED相關技術原理

      2021年07月02日
      533次

      發光及消殺原理

      利用半導體發光原理制造UVC波段的光源,氮化鋁、氮化鎵或銦鎵氮等三五族半導體材料的禁帶寬度落在藍光到紫外光波段之間,它們的電子與價帶上的空穴復合,復合時得到的能量釋放出去,通過改變材料配比,可以釋放出不同波段的紫外線和可見光。

      不同鋁銦鎵氮材料配比與禁帶寬度、發射波長關系

      根據光量子論,波長越短,能量越強,對生物的破壞性越大。短波紫外光甚至具備超強的破壞力,能斬斷多數化合物的化學鏈結,還能破壞細胞的RNA與DNA,使其立即死亡或失去繁殖能力。

      1. 芯片:UVC芯片以倒裝芯片為目前主流,但還不一定是最優結構。垂直芯片也有其獨特優勢,如電流擴展更好,吸光少,散熱好等。但因材料主要是AlN,要將其與藍寶石襯底剝離,需要波長短、能量大的準分子激光器才能做到,但這又會對外延材料造成嚴重損傷。故截止目前仍然只有LGIT能夠做到垂直結構UVC LED的量產。如果能找到既經濟又簡單的剝離方法,那么垂直結構有機會成為UVC LED大功率主流。

      2. 封裝:主要考慮UVC LED的散熱和出光。在材料方面,經過多年的發展,目前市面上UVC LED基本以倒裝芯片搭配高導熱氮化鋁基板的方案為主。固晶方式有銀漿、錫膏、金錫共晶焊,其中共晶方式主要通過助焊劑進行焊接,相對能有效提升芯片與基板的結合強度,導熱率,更為可靠,有利于UVC LED的品質管控。

      3. 壽命:UVC LED長時間工作會光衰引起老化,尤其對大功率UVC LED來說,光衰問題更加嚴重。在衡量UVC LED的壽命時,僅僅以燈的損壞作為UVC LED壽命的終點是遠遠不夠的,應該以UVC LED的光衰減百分比來規定LED的壽命。目前從產業主流水平看,在UVC LED應用中,消費類產品L70(1000H)、家電類產品達L50(10000H)較佳。

      4. 發光效率:一般指UVC LED的外部量子效率(EQE),是器件內部量子效率與取出效率的乘積。內部量子效率(IQE)主要與器件本身的特性(如器件材料的能帶、缺陷、雜質)、外延片材料及結構等相關。而器件的取出效率指的是器件內部產生的光子在經過器件本身的吸收、折射、反射后,實際在器件外部可測量到的數據。因此,影響取出效率的因素包括了器件材料本身的吸收、散射、結構及封裝材料的折射率差等。

      內部量子效率(IQE):主要與器件本身的特性,如器件材料的能帶、缺陷、雜質、外延片材料及結構等相關;

      ·取出效率:器件內部產生的光子在經過器件本身的吸收、折射、反射后,實際在器件外部可測量到的數目;

      ·外部量子效率(EQE):器件內部量子效率與取出效率的乘積;

      ·電光轉換效率(WPE):最終成品通電后,有多少電能轉換成了光能。主要考量輸入功率、EQE和芯片情況,是目前較常用來評估發光效率的重要指標;


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