半导体照明(LED)百 题 问 答

-1-半导体照明（LED）百题问答上海市光电子行业协会二OO五年二月1、光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？42、谓电致发光？半导体发光为何属冷光？54、简单介绍一下LED的发展历史好吗？55、请问照明光源的基本种类与主要性能有哪些？66、如何描述LED的基本特性？67、传统光源相比，LED光源有哪些优点？89、何谓绿色照明光源？它有哪些特点？810、为什么说21世纪将迎来照明产业自爱迪生发明白炽灯以来又一次产业革命？912、哪些产业是LED产业链的构成部分？1018、当前我国LED产品与国际先进相比，主要差距在哪里？1019．LED的发光源是——PN结，是如何制成的？哪些是常用来制造LED的半导体材料？1122、当前生产超高亮LED的外延方法主要有几种？什么是MOCVD？1127、请可否能深入浅出地介绍一下LED芯片的制造流程。1229、通过哪些芯片制造过程中的工艺技术措施，可以提高芯片发光强度与出光效率？1330、LED的芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13至22mil，40mil等不同的尺寸？尺寸大小对LED光电特性有哪能些影响？1534、请介绍一下“透明电极”芯片的结构与它的特点？1635、什么是“倒装装芯片”（FlipChip）?它的结构如何？它有哪些优点？1636、用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？1737、LED芯片封装成发光二极管一般可以分成哪几种形式？他们在结构上各有什么不同？1738、LED芯片封装成器件一般的制造程是什么？1839、为什么要将芯片进行封装？封装后的器件比裸芯在性能上有什么不同？1841、何谓“一次光学设计”？LED封装中有哪几种出光透镜？他们有何特点？1942、大功率LED的封装形式目前常见的有哪几种？他们各自有哪些异同？2046、能否简单介绍一下芯片粘结工艺中的“合金粘结”工艺？2048、白光LED是通过哪些方法来实现的？2149．当前制造白光LED的主流方法是什么？2250．白光LED当前具有代表性的产品的水平如何？2251．什么是色温？什么是显色指数？2252．照明领域对白光LED的光电性能有哪些基本要求？2354．LED光源取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍和基本技术关键？2355．白光LED的光谱与单色光（红、黄、蓝、紫等）的光谱有些什么区别？2556．为什么用太阳能电池与白光LED组合的照明系统被称为“真正的绿色照明”系统？2659．什么是LED的内量子效率？不同的发光波长，假定内量子效率达100%，其电-光效率有何不同？2660、LEDPN结有源层发出的光子能否100%逸出到空气中？2762、能否简述一下提高LED芯片电一光转换效率的意义何在？2863、衡量LED器件光电转换优劣的参数主要有哪些？2964、单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同？3065、什么是人眼对光的视觉函数？3166、人眼对光的视觉函数这一特点对我们了解LED有什么作用？32-2-67、为什么一个蓝光LED在涂上特殊的荧光粉构成白光LED后，其辐射光通量会比蓝光的高出几倍基至十几倍？3268、LED在照明应用中，往往要知道这个LED的照度是多少，请问照度的定义是什么？知道了这个LED的辐射光通量，能否求出它的照度？3370、请问LED光通量φ与发光强度即光强是否能相互转换？3471、LED的发光强度Iv与照度E之间如何进行换算？3472、为什么说用积分球来测量LED的光通量时，可以认为：在积分球内表面任一点位置上得到的由另一部分反射出的照度，不受点的位置的影响？3573、为什么LEDPN结上温度升高会引起它的光电参数退化？3675、衡量LED长期使用性能退化的主要指标是什么？3676、什么是LED的结温，它是如何产生的？3777、简述结温对LED光输出的影响3879．当结温上升时，LED的发光波长与颜色如何变化？3980．简述什么是热阻？它的定义和单位是什么？4081．LEDPN结上最高结温的含义是什么？4082．试述LED器件的热阻模型，它由哪些部分构成？各有什么特点？4183．为什么说提高光效可降低结温，试述提高光效的主要途径4284．试述热阻在功率LED光源应用中的作用4385、如何减小LED的热阻值4486．请简单介绍一下目前常用的热阻测试方法：4587．何谓功率型LED，请介绍一下它的发展概况：4690．LED工作时，较好的驱动方法是什么方法？4791.有哪些常用的恒流驱动LED的方法？请作简单介绍。4893．如何实现LED的调光、调色？请举一简单例子说明。5094、LED的“寿命”是什么样一种概念？什么是“浴盆”曲线？5295、LED失效的判据是什么？失效率又如何？5498、是否可以通过试验来剔除早期失效的LED？5499、什么是静电破坏？哪些类型的LED容易受静电破坏导致失效？55101、从哪些方面着手改进和注意可以提高LED在应用中的可靠性，降低失效率？56102、LED要进入照明领域还存在哪些问题，还要做哪些工作？57-3-1、光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，其中无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。关于光的本质，早在十七世纪中叶就被牛顿与麦克斯韦分别以“微粒说”、“波动说”进行了详细探讨，并成为当前所公论的光具有“波粒二重性”的理论基础。约100多年前，人们又进一步证实了光是一种电磁波，更严格地说，在极为宽、阔的电磁波谱大家族中。可见光的光波只占有很小的空间，如表1-1所示。其波长范围处在380nm-770nm表1-1：电磁波谱波长区域电磁波谱种类波长范围nmμmcmM长波振荡＞105无线电波1—105微波10-1—102红外线0.77—103可见光380—770紫外线10—390X射线10-3—50r射线10-5—10-1宇宙射线＜10-5*lm=102cm=106μm=109nm之间，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色，它的长波方向是波长范围在微米量级至几十千米的红外线、微波及无线电波区域；它的短波端是紫外线、x射线、r射线，其中r射线的波长已小到可与原子直径相比拟。物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。所谓热光又称之谓热辐射，是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射红外光、高温时变成白光。众所周知，当钨丝在真空式惰性气氛中加热至很高的温度，即会发出灼眼的白光。其实，太阳光就是一种最为常见的白光，三棱镜可将太阳光分解成上述的七种颜色，实验已证明，只要采用其中的蓝、绿、红三种颜色，即可合成自然界中所有色彩，包括白色的光，我们通常将蓝、绿、红三种颜色称之为三原色。冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。按物质的种类与激发的方式不同，冷光可分为各种生物发光、化学发光、光致发光、阴极射线发光、场致发光、电致发光等多种类别。萤火虫、荧光粉、日光灯、EL发光、LED发光等均是一些典型的冷光光源。2、何谓电致发光？半导体发光为何属冷光？所谓电致发光是一种直接电能转换成光能的过程。这种发光不存在尤如白炽灯那样先将电能转变成热能，继而使物体温度升高而发光的现象，故将这种光称之为冷光。通常有二种电致发光现象，EL屏是利用固体在电场作用下的发光现象所制成的光源，荧光材料在电场作用下，导带中的电子被加速到足够高的能量并撞击发光中心，使发光中心激发或电离，激活的发光中心回到基态或与电子复合而发光，荧光材料（ZnS）中不同的激活剂决定了发光的颜色。第二类电致发光又称之为注入式场致发光，LED与LD就属于这类发光过程。电致发光实际上也是一种能量的变换与转移的过程。电场的作用使系统受到激发，将电子由低能态跃迁到高能态，当他们从高能态回到低能态时，根据能量守衡原理，多余的能量将以光的形式释放出来，这就是电致激发发光。发光波长取决于电子的能量差：△E=hν=h??c/λ=1.24λ（2-1）其中△E=E1—E2，E是发射光子所具有的能量，以电子伏特为单位。λ为光子波长，以毫微米为单位。由式（2-1）可知，激发电子的能量差△E越高，所发出的电子波长就越短，颜色发生蓝移，所之，激发电子能量差变小，所发光子的波长就会红移。4、简单介绍一下LED的发展历史好吗？半导体P-N结发光现象的发现，可追溯到上世纪二十年代。法国科学家O.W.Lossow在研究SiC检波器时，首先观察到了这种发光现象。由于当时在材料制备、器件工艺技术上的限制，这一重要发现没有被迅速利用。直至四十年后，随着Ⅲ-Ⅴ族材料与器件工艺的进步，人们终于研制成功了具有实用价值的发射红光的GaAsP发光二级管，并被GE公司-4-大量生产用作仪器表指示。此后，由于GaAs、Gap等材料研究与器件工艺的进一步发展，除深红色的LED外，包括橙、黄、黄绿等各种色光的LED器件也大量涌现于市场。出于多种原因，Gap、GaAsP等LED器件的发光效率很低，光强通常在10mcd以下，只能用作室内显示之用。虽然AlGaAs材料进入间接跃进型区域，发光效率迅速下降。跟随着半导体材料及器件工艺的进步，特别是MOCVD等外延工艺的日益成熟，至上世纪九十年代初，日本日亚化学公司（Nichia）与美国的克雷（Cree）公司通过MOCVD技术分别在蓝宝石与SiC衬底上生长成功了具有器件结构的GaN基LED外延片，并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光LED器件。超高亮度LED器件的出现，为LED应用领域的拓展开辟了极为绚丽的前景。首先是亮度提高使LED器件的应用于从室内走向室外。即使在很强的阳光下，这类cd级的LED管仍能熠熠发亮，色彩斑斓。目前已大量应用于室外大屏幕显示、汽车状态指示、交通信号灯、LCD背光与通用照明领域。超高亮LED的第二个特征是发光波长的扩展，InGaAlP器件的出现使发光波段向短波扩展到570nm的黄绿光区域，而GaN基器件更使发光波长短扩至绿、蓝、紫波段。如此，LED器件不但使世界变得多彩，更有意义的是使固态白色照明光源的制造成为可能。与常规光源相比，LED器件是冷光源，具有很长的寿命与很小的功耗。其次，LED器件还具有体积小，坚固耐用，工作电压低，响应快，便于与计算机相联等优点。统计表明，在二十世纪的最后五年内，高亮LED产品的应用市场一直保持着40%以上的增长率。随着世界经济的复苏以及白色照明光源项目的启动，相信LED的生产与应用会迎来一个更大的高潮。5、请问照明光源的基本种类与主要性能有哪些？1）照明光源种类当代照明光源可分成白炽灯，气体放电灯、固态光源三大类。其详细分类如表5-1所示2）主要光源的技术指标（表5-1）光源种类光效（lm/w）显色指数（Ra）色温（K）平均寿命（G）白炽灯1510028001000卤钨灯2510030002000-5000普通荧光灯7070全系列10000三基色荧光灯9380-98全系列12000紧奏型荧光灯6085全系列8000高压汞灯50453300-43006000金属卤灯物灯75-9565-923000/4500/56006000-20000高压钠灯100-12023/60/851950/2200/250024000低压钠灯20085175028000高频无极灯50-70853000-400040000-80000固体白灯20755000-100001000006、如何描述LED的基本特性？LED作为一个电致发光的P-N结器件，其特性可通该P-N结的电学参数，以及作为一个发光器件的光学参数来进行描述。伏安特性是描述一个P-N结器件的重要参数，它是P-N结性能，P-N结制作工艺优劣的重要标识。所谓伏安特性，即是流过P-N结的电流随电压变化的特性，在示波器上