LED专业知识培训材料

1LED培训教材——莱迪光电2目录•第一部分：LED照明基本知识•第二部分：道路照明基本常识•第三部分：我公司产品特点3第一部分LED照明基本知识第一章概述1.1LED的概述及发展•发光二极管（LED：LightEmittingDiode）是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。•LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。•LED照明产品就是利用LED作为光源制造的照明器具。•是一种新型的微弱的电能就可发光的新型高效固体冷光源。4第一部分LED照明基本知识第一章概述1.1LED的概述及发展LED芯片基本结构5第一部分LED照明基本知识第一章概述1.1LED的概述及发展•几种常见LED外形：LAMP（直插式）HighPower（大功率）SMD（贴片）6第一部分LED照明基本知识第一章概述1.1LED的概述及发展•最早诞生于20世纪60年代，早期LED以发出微弱的红光光谱居多，发光的亮度始终未超过0.1lm/w。•80年代以来，日本几家大企业最先实现了技术突破，发光亮度在5~10lm/w，这个时期的LED产品大多用在仪器仪表，精密设备的指示灯显示，半导体收音机音响等。•90年代以来，国际上由于新材料科学的发展，采取了更为先进的低压金属有机物气相外延（LPMOVPE）和低压金属有机物化学气相淀积外延方法（LPMOCVD），生产出高亮度的LED，发光亮度在60lm/w，由于亮度的大幅度提高，LED的应用领域得到了更为广阔的使用前景。•目前已经研制出红、橙、黄、绿、蓝颜色的超高亮度LED器件，其发光效率已超过白炽灯和荧光灯，发光亮度已高于LCD，发光亮度在134lm/w。•特别是LED采用了高级环氧树脂封装不仅能耐高低温和湿度而且还耐阳光紫外光长照射，可满足室外全天候、全色显示的需要。•用由兰、绿、红LED组成彩色大屏幕可以表现天空和海洋，可以实现三维动画。•新一代红、绿、超高亮度LED以其前所未有的性能，不仅拓展了原有的应用领域，而且拥有一个潜力巨大的市场。7第一部分LED照明基本知识第一章概述1.1LED的概述及发展8第一部分LED照明基本知识第一章概述1.2LED的性能•LED的性能主要表现在下列四个方面：–（1）使用寿命长，是普通光源的20一30倍，例如普通白炽灯的使用寿命在2000~3000小时，LED光源器件的寿命在10万小时，使用年限达10年。–（2）节能效果明显：LED发光体的耗电量仅为普通白炽灯的耗电量的15~20%。–（3）抗机械冲击、防震防水、低热散发。–（4）体积小、固体化、形状可任意改变，可以用在特殊用途上。•由于LED有着上述独特的优势，国内外一大批拥有强大实力的研究开发机构、企业竟相投入资金，技术得到突飞猛进，产生了高亮度的LED，即可以用来做户外显示和照明的LED。•LED被认为是替代爱迪生发明的白炽灯的下一代照明光源。9第一部分LED照明基本知识第一章概述1.3LED在照明方面的应用•高性能LED的实用化和商品化，使照明技术面临一场新的革命。•由多个超高亮度红、蓝、绿三色LED组成的像素灯不仅可以发出波长连续可调的各种色光，而且还可以发出亮度可达几十到一百烛光的白色光成为照明光源。•对于相同发光亮度的白炽灯和LED固体照明灯来说，后者的功耗只占前者的10%一20%。•白炽灯的寿命一般不超过3000小时，而LED灯的寿命长达10万小时。10第一部分LED照明基本知识第一章概述1.3LED在照明方面的应用•2007年，世界LED产业继续以高于整个半导体产业2~3倍的速度快速增长。•美国StrategiesUnlimited公司预计，在未来5年中，由于手机以外应用产品的成长加速，全球LED市场将会进一步加速。•2006年全球高亮LED市场规模为41.8亿美元。•2007年~2011年将以每年17.6%的速度扩大，2011年扩大至94亿美元，而2012年的销售额可望攀升至114亿美元。•而全球LED市场主要的增长点或者说83%以上的增长都将来自于新兴应用所推动的高亮度LED产品需求的扩大，高亮度LED驱动芯片市场将随之强劲增长。11第一部分LED照明基本知识第一章概述1.3LED在照明方面的应用2006~2012年全球LED市场规模12第一部分LED照明基本知识第一章概述1.3LED在照明方面的应用13第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述•LED可以分为可见光LED（波长400～780nm）和不可见光LED（780～1550nm和200～400nm）。•在可见光LED方面，按亮度又可分为一般亮度LED和高亮度LED；–其中一般亮度LED主要用GaP、GaAsP及AlGaAs等材料做成，主要发黄色和红色的光；–高亮度LED主要用AlGaInP及GaInN等材料做成，高亮度LED的发光范围较一般亮度要广，目前最热门的是蓝光LED，而未来则非常看好白光LED。•可见LED可以用来做验钞机、背光源、照明、交通信号灯、显示器、汽车、装饰、医疗美容以及太阳能电池上，应用范围非常广泛。•在不可见光LED方面，又可分成红外线LED（波长850～950nm）、光通信LED及LD（波长1300～1550nm）；–红外线LED应用范围比较广泛，除了摇控器、开关等传统应用外，还包括信息设备、无线通讯及交通系统等新应用的IrDA模块；–光通信LED及LD主要是做为光通信模块、条形码读取头、CD读取头及半导体电射等用途。–紫外光线LED可以用来杀灭食物、水以及空气的细菌。14第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述LED主要产品构成图15第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述•LED产业链主要分为–上游的原材料、设备及外延生长；–中游的芯片制造；–下游的LED封装和应用产品。•LED产品的制作流程工序主要包括：–衬底材料在通人气源的反应室生长外延片（上游环节）；–而后经退火、光刻、刻蚀、磨片、分选等工序制成芯片（中游环节）；–制备好的芯片经贴片、引线、注胶、热烤、检测等工序封装后，可加工制备成指示灯、背光源及照明等各种终端应用产品。16第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述LED工序17第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述•LED中上游产业中，一些零组件对产业发展起着相辅相成的作用。对LED产业来说，主要涉及到的材料及组件有：–金属有机物源、高纯气体、高纯化学试剂、高纯金属、高纯化学试剂、光刻胶等；–环氧树脂、高纯金属硅铝线、银浆、金属支架、底座、塑料零件、封装模具、荧光粉；–控制及驱动电路、显示单元、金属、塑料结构件、线路板、电源变换器、导光板及管等。18第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述•LED行业有着比较长的产业链（包括上游、中游、下游及应用产品），每一领域的技术特征和资本特征差异很大，从上游到中游再到下游，行业进入门槛逐步降低。–上游外延片具有典型的“双高”（高技术、高资本）特点；–中游芯片技术含量高、资本相对密集；–下游封装在技术含量和资本投入上要低一些；而应用产品的技术含量和资本投入最低，但利润率也是最大的。19第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.1总述•随着市场的发展，市场竞争更加剧烈，新的投资以及企业间的整合将不断加剧。–日系大厂在蓝光、白光等技术领先；–欧美大厂商则定位在产业的垂直整合是否完整方面；–台湾是全球蓝光LED主要生产地，由于受制于国外大厂仍拥有专利权的问题；•专利主导权仍在国外主要五家大厂手中，分别为：Nichia、OSRAM、Cree、丰田合成、Luminleds；而其中又以掌握50%市占率的Nichia为主。20第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链•外延生长是半导体照明产业链中技术含量最高、对最终产品品质影响最大的环节，同时也是材料与成本较为集中的环节；•在一定程度上，外延的品质直接决定了后续芯片、封装及应用产品的品质和最终应用领域。•其中外延片生长技术所包含的主要环节有：衬底材料、MOCVD设备等21第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链LED上游产业环节22第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链（1）衬底材料•衬底材料是半导体照明产业发展的基石，不同的衬底材料需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术。•目前提出的衬底材料有很多种，主要包括有蓝宝石（B-Al2O3）衬底、SiC衬底、Si衬底、InN和GaN衬底、氧化锌衬底、镁铝尖晶石（MgAl2O4）衬底、LiAlO2、LiGaO2衬底以及ZrB2衬底。•最重要商品化的衬底只有两种，即蓝宝石、SiC衬底。•我国于2007年3月，由晶能光电（江西）有限公司投资了“硅衬底氮化镓基蓝色发光二极管”产业化项衬底材料目，届时形成一条新型的氮化镓LED产业，这同时也打破国外对我国氮化镓技术的垄断。23第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链（2）高纯金属以及MO源•在外延生长过程中，需要用到高纯金属，主要用来制造金属有机烷气，通常LED所用高纯金属材料主要指砷、镓、锡、锑、ITO靶材等，通常产品使用纯度为4N～7N。（N：9的英文缩写）•MO源是MOCVD技术生长化合物半导体超薄型膜材料的支撑材料，在高亮度发光管、红外探测技术、半导体激光器、太阳能电池等领域具有重要的应用价值。•MO源主要以第三主族元素Al、Ga、In为主，产品有高纯三甲基镓、三甲基铟、二乙基锌等，通常产品使用纯度为2N~6N。•目前，国内主要由江苏南大光电材料股份有限公司来提供MO源，其在我国市场占有率达到80%以上，年产量1吨。24第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链（3）MOCVD•MOCVD（MetalOrganicChemicalvaporDeposition，金属有机物化学气相沉积法）是制备GaN发光二极管（LED）和激光器（LD）外延片的主流方法。•其配套设备包括排气设备、废气处理和监测控制设各、恒温恒湿设备和材料测试及分析设备等。•国际上MOCVD技术已经相当成熟，主要机型有6片、19片、24片及30片以上等。•目前，我国MOCVD技术与国外有较大差距，国产MOCVD设备主要用于科研。•随着国内LED产业的蓬勃发展，强烈的带动了对MOCVD设备需求度。•目前，我国MOCVD约有200台。25第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.2上游环节产业链（4）主要设备一览图光刻机MOCVD离子刻蚀机划片机分检机26第一部分LED照明基本知识第二章LED照明产业链的各个重要环节及其特点2.3中游环节（芯片制备）产业链•芯片生产属于LED的中上游产业，是资金和技术密集型行业，也是投资回收期较长的领域，是典型的“双高领域”。一直受到资本实力强大的企业的关注，目的是通过高端切入，力争在LED领域占据主导地位。•整个芯片产业处于LED中游，对于LED产业链条的完整来说是必不可缺的，同时也是带动上下游产业良性互动发展的中心环节，因而发展芯片产业对于“下肥上缺”的LED产业局面有着重要的意义。•但LED中游面临投资额度大，专业技术人才较匮乏，投资风险较大，产品质量不高，设备自主生产能力弱等发展困境，已投资企业的回报率目前还不高。•在芯片生产过程中，对芯片的检验工作而言，由于需大量人员进行检验和分选芯片，因此具有劳动力密集性特征。同时，对生产技术要求相对较低，进入门槛较低，因而外延芯片生产环节是专