音響培訓(xùn)教材--LED相關(guān)知識(shí)

目 錄
一、 LED 簡(jiǎn)介
二、 LED 發(fā)展趨勢(shì)
三、 LED 芯片介紹
四、 LED 封裝簡(jiǎn)介
五、 LED 基礎(chǔ)知識(shí)

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LED簡(jiǎn)介
1 1 、 LED 的定義
2 2 、 LED 的特點(diǎn)
3 3 、發(fā)光原理

什么是LED

LED 是取自 Light EmittingDiode 三個(gè)字的 縮寫(xiě)，中文譯為“發(fā)光二極管”，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為
光能的電子器件具有二極管的特性。

LED 光源的特點(diǎn)

電 壓：LED使用低壓電源，單顆電壓在1.9-4V之間，比使用高壓電源更安全的電源。
效 能：光效高，目前實(shí)驗(yàn)室最高光效已達(dá)到 161 lm/w（cree）,是目前光效最高的照明產(chǎn)品。
抗震性：LED是固態(tài)光源，由于它的特殊性，具有其他光源產(chǎn)品不能比擬的抗震性。
穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的70%
響應(yīng)時(shí)間：LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，是目前所有光源中響應(yīng)時(shí)間最快的產(chǎn)品。
環(huán) 保：無(wú)金屬汞等對(duì)身體有害物質(zhì)。
顏 色：LED的帶快相當(dāng)窄，所發(fā)光顏色純，無(wú)雜色光，覆蓋整過(guò)可見(jiàn)光的全部波段，且可由R\G\B組合成任何想要可見(jiàn)光。

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LED色彩豐富

由于LED帶寬比較窄，顏色純度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩豐富得多。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家計(jì)算，LED的色彩比其他光源豐富30%,因此，它能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)物體的真實(shí)性，當(dāng)然也更受消費(fèi)者的青睞！

LED發(fā)光原理

發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光 。

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LED發(fā)展趨勢(shì)
1 1 、LED光源的發(fā)展趨勢(shì)
2 2 、LED產(chǎn)業(yè)政策和機(jī)遇
3 3 、公司在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置

LED光源的發(fā)展趨勢(shì)
LED 光源技術(shù)市場(chǎng)前景：
LED理論上每瓦的發(fā)光效率高達(dá)370 LM/W,在目前芯片結(jié)構(gòu)不做任何改變的情況下良好的工藝讓LED每瓦到達(dá)150LM沒(méi)有任何問(wèn)題，當(dāng)達(dá)到這種亮度的時(shí)候，所有的照明領(lǐng)域基本上都可以替代了。預(yù)計(jì)在未來(lái)1～3年內(nèi)LED光源將達(dá)到每瓦300流明的光效率。目前美國(guó)實(shí)驗(yàn)室的LED已達(dá)到了每瓦161流明的光效率，總光通量為 175 LM。

推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)的國(guó)家政策
刺激LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)家政策
1、2008年，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布《高效照明產(chǎn)品推廣財(cái)政補(bǔ)貼資金管理暫行辦法》，將重點(diǎn)支持高效照明產(chǎn)品替代在用的白熾燈和其他低效照明產(chǎn)品，主要包括普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈、三基色雙端直管熒光燈(T8、T5型)和金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等電光源產(chǎn)品，半導(dǎo)體(LED)照明產(chǎn)品，以及必要的配套鎮(zhèn)流器。國(guó)家采取間接補(bǔ)貼方式進(jìn)行推廣，即統(tǒng)一招標(biāo)確定高效照明產(chǎn)品推廣企業(yè)及協(xié)議供貨價(jià)格，財(cái)政補(bǔ)貼資金補(bǔ)給中標(biāo)企業(yè)，再由中標(biāo)企業(yè)按中標(biāo)協(xié)議供貨價(jià)格減去財(cái)政補(bǔ)貼資金后的價(jià)格銷(xiāo)售給終端用戶?！稌盒修k法》規(guī)定，大宗用戶中央財(cái)政按中標(biāo)協(xié)議供貨價(jià)格的30%給予補(bǔ)貼；城鄉(xiāng)居民用戶中央財(cái)政按中標(biāo)協(xié)議供貨價(jià)格的50%給予補(bǔ)貼。
2、國(guó)務(wù)院出臺(tái)4萬(wàn)億元規(guī)模的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃將惠及諸多行業(yè)領(lǐng)域。4萬(wàn)億投資的具體構(gòu)成主要包括，近一半投資將用于鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)，總額1.8萬(wàn)億元；用于地震重災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建投資1萬(wàn)億元；用于農(nóng)村民生工程和農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施3700億元；生態(tài)環(huán)境3500億元，保障性安居工程
2800億元，自主創(chuàng)新結(jié)構(gòu)調(diào)整1600億元，醫(yī)療衛(wèi)生和文化教育事業(yè)400億元。預(yù)計(jì)4萬(wàn)億經(jīng)濟(jì)刺激每年將拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)約1個(gè)百分點(diǎn)。

LED產(chǎn)業(yè)前景
LED 產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模三年有望翻一番在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，已結(jié)束的2008年北京奧運(yùn)會(huì)和即將到來(lái)的2010年上海世博會(huì)都不約而同地以綠色節(jié)能為主題，這給中國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的歷史機(jī)遇。
據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在奧運(yùn)、世博的強(qiáng)力帶動(dòng)下，中國(guó)LED照明市場(chǎng)規(guī)模將從2007年的48.5億元快速增長(zhǎng)至2010年的
98.1億元，，不久前結(jié)束的北京奧運(yùn)會(huì)上，LED照明技術(shù)在奧運(yùn)歷史上首次大規(guī)模使用并獲得成功。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)，北京奧運(yùn)會(huì)總共包括36個(gè)比賽場(chǎng)館，其照明產(chǎn)品需求就達(dá)5億元左右，這還不包括奧運(yùn)村、奧運(yùn)花園等其他公共照明設(shè)施市場(chǎng) 。

LED芯片介紹
1 1 、LED芯片分類(lèi)介紹
2 2 、 不同結(jié)構(gòu)LED芯片的性能簡(jiǎn)介
3 3 、垂直結(jié)構(gòu) LED

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Led芯片的結(jié)構(gòu)
LED芯片有兩種基本結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)（Lateral）和垂直結(jié)構(gòu)（Vertical）。橫向結(jié)構(gòu)LED芯片的兩個(gè)電極在LED芯片的同一側(cè)，電流在n-和p-類(lèi)型限制層中橫向流動(dòng)不等的距離。垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在LED外延層的兩側(cè)，由于圖形化電極和全部的p-類(lèi)型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，極少橫向流動(dòng)的電流，可以改善平面結(jié)構(gòu)的電流分布問(wèn)題，提高發(fā)光效率，也可以解決P極的遮光問(wèn)題，提升LED的發(fā)光面積。制造垂直結(jié)構(gòu)LED芯片技術(shù)主要有三種方法：
一、采用碳化硅基板生長(zhǎng)GaN薄膜，優(yōu)點(diǎn)是在相同操作電流條件下，光衰少、壽命長(zhǎng)，不足處是硅基板會(huì)吸光。
二、利用芯片黏合及剝離技術(shù)制造。優(yōu)點(diǎn)是光衰少、壽命長(zhǎng)，不足處是須對(duì)LED表面進(jìn)行處理以提高發(fā)光效率。
三、是采用異質(zhì)基板如硅基板成長(zhǎng)氮化鎵LED磊晶層，優(yōu)點(diǎn)是散熱好、易加工。

垂直型芯片性能介紹
由于當(dāng)前芯片主要是垂直型的和水平型的兩種。
垂直型產(chǎn)品以CREE芯片為代表特點(diǎn)主要是：
光效高：最高可達(dá) 161 lm\w，節(jié)能；
電壓低：藍(lán)光在2.9~3.3V；
熱阻?。盒酒旧淼臒嶙栊∮?1 ‘C/W;
亮度高：由于采用垂直結(jié)構(gòu)，電流垂直流動(dòng)，電流密度均勻，耐沖擊型強(qiáng)；同一尺寸芯片，發(fā)光面寬，亮度高。
光型好：85%以上光從正面發(fā)出，易封裝，好配光；唯一的缺點(diǎn)就是：不方便集成封裝。若要集成封裝，芯片需做特殊處理。

垂直LED制造的方法
制造垂直結(jié)構(gòu)LED芯片有兩種基本方法：
一、剝離生長(zhǎng)襯底；
二、不剝離生長(zhǎng)襯底 。
其中生長(zhǎng)在砷化鎵生長(zhǎng)襯底上的垂直結(jié)構(gòu)GaP基LED芯片有兩種
結(jié)構(gòu)：
一、不剝離導(dǎo)電砷化鎵生長(zhǎng)襯底：在導(dǎo)電砷化鎵生長(zhǎng)襯底上層迭導(dǎo)電DBR反射層，生長(zhǎng)GaP 基LED外延層在導(dǎo)電DBR反
射層上 。
二、剝離砷化鎵生長(zhǎng)襯底：層迭反射層在GaP基LED外延層上，鍵合導(dǎo)電支持襯底，剝離砷化鎵襯底。導(dǎo)電支持襯底包括，砷化鎵襯底，磷化鎵襯底，硅襯底，金屬及合金等

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LED封裝
1 1 、 LED 封裝圖工藝
2 2 、白光 LED 制造方法
3 3 、白光 LED 色區(qū)的劃分
4 4 、 LED

白光 LED 的實(shí)現(xiàn)方法
一、配色，白平衡
白色是紅綠藍(lán)三色按亮度比例混合而成，當(dāng)光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21％，藍(lán)色的亮度為10％時(shí)，混色后人眼感覺(jué)到的是純白色。但LED紅綠藍(lán)三色的色品坐標(biāo)因工藝過(guò)程等原因無(wú)法達(dá)到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的 亮度得到白色光，稱(chēng)為配色。、 二、 LED采用熒光粉實(shí)現(xiàn)白光主要有三種方法，但它們并沒(méi)有完全成熟，由此嚴(yán)重地影響白光LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用。白光 LED 的實(shí)現(xiàn)方法
第一種方法是：在藍(lán)色LED芯片上涂敷能被藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光互補(bǔ)形成白光。該技術(shù)被日本Nichia公司壟斷，而且這種方案的一個(gè)原理性的缺點(diǎn)就是該熒光體中Ce3＋離子的發(fā)射光譜不具連續(xù)光譜特性，顯色性較差，難以滿足低色溫照明的要求。同時(shí)發(fā)光效率還不夠高，需要通過(guò)開(kāi)發(fā)新型的高效熒光粉來(lái)改善。
第二種方法是：在藍(lán)色LED芯片上涂敷綠色和紅色熒光粉，通過(guò)芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復(fù)合得到白光。該類(lèi)產(chǎn)品雖顯色性較好，但所用熒光粉的轉(zhuǎn)換效率較低，尤其是紅色熒光粉的效率需要較大幅度的提高，因此推廣也較慢。白光 LED 的實(shí)現(xiàn)方法
第三種方法：在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多種顏色的熒光粉，利用該芯片發(fā)射的長(zhǎng)波紫外光（370nm－380nm）或紫光（380nm－410nm）來(lái)激發(fā)熒光粉，從而實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。該種LED的顯色性更好，但存在與第二種方法類(lèi)似的問(wèn)題，且目前轉(zhuǎn)換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系。這類(lèi)熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大，故還沒(méi)批量使用。
其他方法：
在特殊的場(chǎng)合，白光LED還有其他幾種封裝方法。這里簡(jiǎn)單的介
紹一下：
第一種：將紅、藍(lán)、綠三芯片封裝在一起，按照一定的比例對(duì)其光色進(jìn)行控制，混出白光。
第二種：實(shí)現(xiàn)方法是用紅、藍(lán)、綠、黃四芯片混出白光。

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白光 LED 色區(qū)的劃分
藍(lán)色芯片加黃色熒光粉所制成白光LED，是目前白光LED制造的主流，由于制程的缺陷，白光LED存在色差在所難免。如何劃分LED的顏色才是最佳的呢，下面我來(lái)簡(jiǎn)單的介紹一下。市場(chǎng)上通常所說(shuō)的3500K、4000K、6500k等等多少色溫的說(shuō)法其實(shí)不是很科學(xué)的，因?yàn)閺腃IE圖中我們可以看出，同一色溫在圖中不是對(duì)應(yīng)唯一的點(diǎn)，它跟色坐標(biāo)是一對(duì)多的關(guān)系。為了解決這一問(wèn)題，行業(yè)中通常將自己生產(chǎn)的LED對(duì)其色坐標(biāo)進(jìn)行歸納總結(jié)，最終將其肉眼看起來(lái)差別不明顯的LED歸到一起，這樣分選出來(lái)的LED在CIE中就對(duì)應(yīng)了一個(gè)小小區(qū)域，這就是色區(qū)。