音響培訓教材--LED相關知識

目 錄
一、 LED 簡介
二、 LED 發(fā)展趨勢
三、 LED 芯片介紹
四、 LED 封裝簡介
五、 LED 基礎知識

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LED簡介
1 1 、 LED 的定義
2 2 、 LED 的特點
3 3 、發(fā)光原理

什么是LED

LED 是取自 Light EmittingDiode 三個字的 縮寫，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化為
光能的電子器件具有二極管的特性。

LED 光源的特點

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，目前實驗室最高光效已達到 161 lm/w（cree）,是目前光效最高的照明產品。
抗震性：LED是固態(tài)光源，由于它的特殊性，具有其他光源產品不能比擬的抗震性。
穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的70%
響應時間：LED燈的響應時間為納秒級，是目前所有光源中響應時間最快的產品。
環(huán) 保：無金屬汞等對身體有害物質。
顏 色：LED的帶快相當窄，所發(fā)光顏色純，無雜色光，覆蓋整過可見光的全部波段，且可由R\G\B組合成任何想要可見光。

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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。據有關專家計算，LED的色彩比其他光源豐富30%,因此，它能夠更準確的反應物體的真實性，當然也更受消費者的青睞！

LED發(fā)光原理

發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光 。

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LED發(fā)展趨勢
1 1 、LED光源的發(fā)展趨勢
2 2 、LED產業(yè)政策和機遇
3 3 、公司在產業(yè)鏈中的位置

LED光源的發(fā)展趨勢
LED 光源技術市場前景：
LED理論上每瓦的發(fā)光效率高達370 LM/W,在目前芯片結構不做任何改變的情況下良好的工藝讓LED每瓦到達150LM沒有任何問題，當達到這種亮度的時候，所有的照明領域基本上都可以替代了。預計在未來1～3年內LED光源將達到每瓦300流明的光效率。目前美國實驗室的LED已達到了每瓦161流明的光效率，總光通量為 175 LM。

推動LED產業(yè)的國家政策
刺激LED產業(yè)發(fā)展國家政策
1、2008年，財政部、國家發(fā)改委聯合發(fā)布《高效照明產品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，將重點支持高效照明產品替代在用的白熾燈和其他低效照明產品，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品，半導體(LED)照明產品，以及必要的配套鎮(zhèn)流器。國家采取間接補貼方式進行推廣，即統一招標確定高效照明產品推廣企業(yè)及協議供貨價格，財政補貼資金補給中標企業(yè)，再由中標企業(yè)按中標協議供貨價格減去財政補貼資金后的價格銷售給終端用戶。《暫行辦法》規(guī)定，大宗用戶中央財政按中標協議供貨價格的30%給予補貼；城鄉(xiāng)居民用戶中央財政按中標協議供貨價格的50%給予補貼。
2、國務院出臺4萬億元規(guī)模的經濟刺激計劃將惠及諸多行業(yè)領域。4萬億投資的具體構成主要包括，近一半投資將用于鐵路、公路、機場和城鄉(xiāng)電網建設，總額1.8萬億元；用于地震重災區(qū)的恢復重建投資1萬億元；用于農村民生工程和農村基礎設施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)新結構調整1600億元，醫(yī)療衛(wèi)生和文化教育事業(yè)400億元。預計4萬億經濟刺激每年將拉動經濟增長約1個百分點。

LED產業(yè)前景
LED 產業(yè)市場規(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，已結束的2008年北京奧運會和即將到來的2010年上海世博會都不約而同地以綠色節(jié)能為主題，這給中國LED照明產業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的歷史機遇。
據國內有關機構預測，在奧運、世博的強力帶動下，中國LED照明市場規(guī)模將從2007年的48.5億元快速增長至2010年的
98.1億元，，不久前結束的北京奧運會上，LED照明技術在奧運歷史上首次大規(guī)模使用并獲得成功。據官方統計，北京奧運會總共包括36個比賽場館，其照明產品需求就達5億元左右，這還不包括奧運村、奧運花園等其他公共照明設施市場 。

LED芯片介紹
1 1 、LED芯片分類介紹
2 2 、 不同結構LED芯片的性能簡介
3 3 、垂直結構 LED

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

垂直型芯片性能介紹
由于當前芯片主要是垂直型的和水平型的兩種。
垂直型產品以CREE芯片為代表特點主要是：
光效高：最高可達 161 lm\w，節(jié)能；
電壓低：藍光在2.9~3.3V；
熱阻?。盒酒旧淼臒嶙栊∮?1 ‘C/W;
亮度高：由于采用垂直結構，電流垂直流動，電流密度均勻，耐沖擊型強；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
制造垂直結構LED芯片有兩種基本方法：
一、剝離生長襯底；
二、不剝離生長襯底 。
其中生長在砷化鎵生長襯底上的垂直結構GaP基LED芯片有兩種
結構：
一、不剝離導電砷化鎵生長襯底：在導電砷化鎵生長襯底上層迭導電DBR反射層，生長GaP 基LED外延層在導電DBR反
射層上 。
二、剝離砷化鎵生長襯底：層迭反射層在GaP基LED外延層上，鍵合導電支持襯底，剝離砷化鎵襯底。導電支持襯底包括，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 的實現方法
一、配色，白平衡
白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21％，藍色的亮度為10％時，混色后人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的 亮度得到白色光，稱為配色。、 二、 LED采用熒光粉實現白光主要有三種方法，但它們并沒有完全成熟，由此嚴重地影響白光LED在照明領域的應用。白光 LED 的實現方法
第一種方法是：在藍色LED芯片上涂敷能被藍光激發(fā)的黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的黃光互補形成白光。該技術被日本Nichia公司壟斷，而且這種方案的一個原理性的缺點就是該熒光體中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。同時發(fā)光效率還不夠高，需要通過開發(fā)新型的高效熒光粉來改善。
第二種方法是：在藍色LED芯片上涂敷綠色和紅色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復合得到白光。該類產品雖顯色性較好，但所用熒光粉的轉換效率較低，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 的實現方法
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)射的長波紫外光（370nm－380nm）或紫光（380nm－410nm）來激發(fā)熒光粉，從而實現白光發(fā)射。該種LED的顯色性更好，但存在與第二種方法類似的問題，且目前轉換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系。這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大，故還沒批量使用。
其他方法：
在特殊的場合，白光LED還有其他幾種封裝方法。這里簡單的介
紹一下：
第一種：將紅、藍、綠三芯片封裝在一起，按照一定的比例對其光色進行控制，混出白光。
第二種：實現方法是用紅、藍、綠、黃四芯片混出白光。

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白光 LED 色區(qū)的劃分
藍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，下面我來簡單的介紹一下。市場上通常所說的3500K、4000K、6500k等等多少色溫的說法其實不是很科學的，因為從CIE圖中我們可以看出，同一色溫在圖中不是對應唯一的點，它跟色坐標是一對多的關系。為了解決這一問題，行業(yè)中通常將自己生產的LED對其色坐標進行歸納總結，最終將其肉眼看起來差別不明顯的LED歸到一起，這樣分選出來的LED在CIE中就對應了一個小小區(qū)域，這就是色區(qū)。