直流發(fā)光二極管目前應(yīng)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(zhuǎn)換損失，因此行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出由交流電直接驅(qū)動的高壓LED（HV LED），可大幅提升LED照明系統(tǒng)的能源利用率和發(fā)光效率。

日光燈是傳統(tǒng)照明光源中最好的發(fā)光效率，其發(fā)光效率約為65lm/W。用于鎮(zhèn)流器的額外電路會造成13-20%的能量損失。光源發(fā)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(yīng)用環(huán)境下，日光燈的照明效率約為35%lm/W。雖然光源本身發(fā)光效率高，但附加電路和燈具結(jié)構(gòu)造成的光損失，將會大幅降低燈源的發(fā)光效率。

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

臺灣自主研發(fā)的高壓（HV）LED技術(shù)產(chǎn)品可直接使用市電110伏特，只需簡單的外部驅(qū)動電路（V）/220V驅(qū)動操作，并具備90%高功率因數(shù) （PF）、95%具有高能利用率、高發(fā)光效率等優(yōu)點。目前，晶元光電已成為國際發(fā)展的先機(jī)，國內(nèi)制造商也將陸續(xù)出現(xiàn)HV LED晶粒產(chǎn)品出貨國外LED大廠使用封裝及應(yīng)用，國內(nèi)也有很多相關(guān)廠家投資HV LED照明光源產(chǎn)品的開發(fā)是未來照明光源的主流趨勢。

迥異DC LED 驅(qū)動方式 HV LED特點與設(shè)計大相徑庭

高壓LED多顆微晶粒以半導(dǎo)體工藝的形式放置在同一基板上，然后串聯(lián)而成。所需的工藝技術(shù)和傳統(tǒng)工藝LED非常相似。但由于驅(qū)動方式不同，特別是在交流電驅(qū)動條件下，高壓LED傳統(tǒng)的特點和設(shè)計方向LED差異顯著。

1為高壓LED芯片結(jié)構(gòu)表示。在同一基板上制作的多個微晶粒通過金屬導(dǎo)線串聯(lián)，而高壓驅(qū)動電流通過末端的兩個導(dǎo)線墊片進(jìn)入微晶粒串。從2個微晶粒結(jié)構(gòu)的側(cè)面，可以發(fā)現(xiàn)單個微晶粒的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)LED主要區(qū)別在于尺寸的不同，其他包括透明導(dǎo)電層、表面粗糙度和案例藍(lán)寶石基板可以改善傳統(tǒng) LED高效技術(shù)也適用于高壓LED。

1 高壓LED結(jié)構(gòu)上視

2 藍(lán)寶石基板生長GaN微晶粒側(cè)視結(jié)構(gòu)

高壓LED與傳統(tǒng)LED芯片的主要區(qū)別在于絕緣基板的使用、絕緣槽的蝕刻和金屬導(dǎo)線的制造。LED核心概念是串聯(lián)制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，由于所使用的藍(lán)寶石基板具備極佳絕緣特性，因此，只要將微晶粒間的溝槽蝕刻到基板外露，就能達(dá)到良好的電絕緣。

另外，從3中可以發(fā)現(xiàn)，雖然微晶粒之間的絕緣槽是高壓的LED必要的結(jié)構(gòu)可以正確運行，但LED芯片的整體發(fā)光面積減少了。盡管在概念上，絕緣槽越窄，高壓就會增加LED芯片的可發(fā)光面積，但相對也會提升制程的困難度。

3 高壓LED芯片SEM照片

絕緣槽的側(cè)壁必須用介電材料覆蓋，以避免金屬導(dǎo)線通過表面，P-N材料之間發(fā)生短路。然而，當(dāng)絕緣槽過窄時，介電材料薄膜可能不完全覆蓋，無論是化學(xué)氣相沉積還是蒸鍍，導(dǎo)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(jìn)入，導(dǎo)致金屬導(dǎo)線膜厚度過薄甚至不連續(xù)，然后導(dǎo)致高壓LED芯片串聯(lián)電阻增加，甚至開路故障。

為了提高介電材料和導(dǎo)線金屬膜的工藝率，將絕緣槽制成開口向上的倒梯形結(jié)構(gòu)是一種可行的方法。4中顯示的傾斜側(cè)壁結(jié)構(gòu)微晶粒和高壓LED 除了工藝良率外，非矩形幾何結(jié)構(gòu)還有助于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(fā)光效率，鋪設(shè)在微晶粒之間的金屬導(dǎo)線必須具有低阻抗和低光屏蔽的特性。制作細(xì)而厚的金屬導(dǎo)線是實現(xiàn)上述目標(biāo)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(dǎo)線材料也是可行的，兩者都有助于提高高壓LED發(fā)光效率。

4 微晶粒結(jié)構(gòu)具有傾斜側(cè)壁和倒梯形開口

以下是國內(nèi)外的HV LED技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，做一個總體的整理。