LED 培训资料

LED培训资料（一）编写:LED研发部大纲：一、了解光和LED诠释、历史简介二、了解LED原物料和制造工艺三、了解LED应用领域和产品浙江佳宏电子科技有限公司2010年2月3日2一、了解光和LED诠释、LED历史简介1、光的本质、物体发光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，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，其波长范围处在380nm-770nm之间包含了人眼可辩别的紫、锭、蓝、绿、黄、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。LED芯片各个颜色波段对照表(单位：纳米（nm）红光：615-650橙色：600-610黄色：580-595黄绿：565-575绿色:495-530蓝光：450-480紫色：370-410白光：450-465相对正规的波长而定：红光：620-630橙色：603-608黄色：585-595绿色:515-525黄绿：565-575蓝光：465-475紫色：370-410白光：455-462.5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3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。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。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。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。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，LED就属于这类发光过程。2、LED诠释LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体晶片材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用透镜灌封硅胶密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。LED作为一个电致发光的PN结器件，其特性可用PN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PN结器件的重要参数，它是PN结性能，PN结制作工艺优劣的重要标识。所谓伏安特性，即是流过PN结的电流随电压变化的特性，在示波器上能十分形象地展示这种变化。一根完整的伏安曲线包括正向特性与反向特性。通常，反向特性曲线变化较为陡峭，当电压超过某个阈值时，电流会出现指数式4上升。通常可用反向击穿电压，反向电流和正向电压三个参数来进行伏安特性曲线的描述。正向电压VF是指额定正向电流下器件二端的电压降，这个值与材料的禁带宽度有关，同时也标识了PN结的体电阻与欧姆接触电阻的高低。VF的大小一定程度上反映了电极制作的优劣。相对于350毫安的正向电流，红黄光类LED的VF值约为2伏，而蓝绿光类LED器件的VF值通常大于3伏。反向漏电流IR是指给定的反向电压下流过器件的反向电流值，这个值的大小十分敏感于器件的质量。通常在5伏的反向电压下，反向漏电流应不大于是10微安，IR过大表明结特性较差。反向击穿电压是指当反向电压大于某一值时，反向漏电电流会急剧增大，反映了器件反向耐压的特性。对一个具体器件而言，漏电流大小的标准有所不同，在较为严格的情况下，要求在规定电压下，反向漏电流不大于10微安。3、LED的发展历史半导体PN结发光现象的发现，可追溯到上世纪二十年代，法国科学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20世纪60年代初，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基器件更使发光长短扩至绿、蓝、紫波段。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成，GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得5到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（LaserDiode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。4、与传统光源相比，LED光源优点LED作为一个发光器件，之所以备受人们关注，是有其较其他发光器件优越的方面，归纳起来LED有下列一些优点：（1）工作寿命长：LED作为一种导体固体发光器件，较之其他发光器具有更长的工作寿命。其亮度半衰期通常可达到十万小时。如用LED替代传统的汽车用灯，那么它的寿命将远大于汽车本体的寿命，具有终身不用修理与更换的特点。（2）耗电低：LED是一种低压工作器件，因此在同等亮度下，耗电最小，可大量降低能耗。相反，随着今后工艺和材料的发展，将具有更高的发光效率。人们作过计算，假如日本的照明灯具全部用LED替代，则可减少二座大型电厂，从而对环境保护十分有利。（3）响应时间快：LED一般可在几十毫秒（ns）内响应，因此是一种高速器件，这也是其他光源望尘莫及的。采用LED制作汽车的高位刹车灯在高速状态下，大提高了汽车的安全性。（4）体积小，重量轻、耐抗击：这是半导体固体器件的固有特点。（5）易于调光、调色、可控性大：LED作为一种发光器件，可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。因此用LED组成的光源或显示屏，易于通过电子控制来达到各种应用的需要，与IC电脑在兼容性无丝毫困难。LED光源的应用原则上不受限制，可塑性极强，可以任意延伸，实现积木式拼装，目前6大屏幕的彩色显示屏非LED莫属。（6）用LED制作的光源不存在诸如水银、铅等环境污染物，不会污染环境。因此人们将LED光源称为“绿色”光源。5、了解绿色照明所谓绿色照明光源就是指通过科学的照明设计，具有效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，通过绿色照明光源的使用，改善与提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境，并充分体现现代文明的照明环境。1991年1月，美国环保局（EPA）首先提出实施“绿色照明”和推出“绿色照明工程”的概念，并很快得到联合国的支持和许多发达国家的重视，并积极采取相应的政策和技术措施，推进绿色照明工程的实施和发展。1993年11月我国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程，于1996年正式列入国家计划。节能与环保是我国经济发展的二项基本要素。据最新统计，我国照明年用电达2000亿度，占总发电量的12%，约为2个半三峡满负荷的发电量。如能用高效固态LED白光光源替代部分目前的通用电光源，特别是白炽灯，就可节省下一半约10000亿度的电量。另外有资料显示，直接燃烧一吨煤将向空中排放上百公斤的SO2、NO2、粉尘与CO2，将会大面积破坏大气与气候环境，采用固态LED光源替代通用照明光源后，就可使我国减小数亿吨级的大气污染，有效地保护地球的生态环境。6、LED其他术语（照度、亮度、光强、光通量、光效、眩光、同步性、防护等级、色温、显色指数）照度：照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒克斯(Lux,lx)，1勒克斯等于1流明(lm)的光通量均匀分布于1㎡面积上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量为标准，若倾斜照射则照度下降。为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进行计算，一只100W的白炽灯，其发出的总光通量约为1200Lm，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得：半径为1m的半球面积为2π×1^2=6.28㎡，距光源1m处的光照度值为：1200Lm/6.28m2=191Lux。同理，半径为5m的半球面积为:2π×5^2=157㎡，距光源5m处的光照度值为：1200Lm/157㎡=7.64Lux。起居间所需之照明照度为150－300Lux；一般书房照度为100Lux，但阅读时所需之照明照度则为600Lux。一般情况：夏日阳光下为10万Lux；阴天室外为1万Lux；室内日光灯为100Lux；距60W台灯60cm桌面为300Lux。7亮度：亮度是指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度。单位是堪德拉每平米(cd/㎡)或称nits，亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强