1、LED照明/顯示基礎知識第一章 LED照明基礎知識1、半導體照明的概念2、LED基本發光原理3、LED光源的特點4、LED的優點5、LED發展歷史6、LED顯示幕常用術語解釋7、LED極限參數的意義8、LED的分類9、LED的適用範圍和各類應用10、LED產業鏈分佈11、LED發展現狀12、LED發展趨勢總結：LED照明設計第二章 LED襯底材料的基本知識1、LED襯底的概念和作用2、LED襯底材料的種類3、LED襯底選擇的原則4、LED襯底的工藝流程第三章 LED外延片基礎知識1、LED外延生長的概念和原理2、LED外延片襯底材料選擇特點3、LED外延片襯底材料種類4、LED外延片生長工藝第四章 LED晶片基礎知識1、LED晶片的概念2、LED晶片的組成元素3、LED晶片的分類4、LED晶片特性表5、LED晶片的工藝流程第五章 LED封裝基本知識1、LED封裝的概念2、LED封裝的分類3、LED封裝工藝流程4、LED封裝器件的性能5、提高LED發光效率的技術第六章 白光LED的基礎知識1、白光LED的概念2、白光LED發光原理3、白光LED技術指標4、白光LED技術難點5、大功率白光
2、LED的封裝技術研究第七章 LED應用的基礎知識1、資訊顯示2、交通信號燈3、汽車用燈4、LED背光源5、半導體照明第一章 LED照明基礎知識1、半導體照明的概念又名LED照明。LED（Lighting Emitting Diode）即發光二極體，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體晶片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生複合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產品就是利用LED作為光源製造出來的照明器具。2、LED基本發光原理LED是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體製成的，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生P、N架構。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正嚮導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。假設發光是在P區中發生的，那麼注入的電子與價帶空穴直接複合而發光，或者先被發光中心捕獲後，再
3、與空穴複合發光。除了這種發光複合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介於導帶、介帶中間附近）捕獲，而後再與空穴複合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的複合量相對於非發光複合量的比例越大，光量子效率越高。由於複合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近PN結面數m以內產生。 理論和實踐證明，光的峰值波長與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即 1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380nm紫光780nm紅光），半導體材料的Eg應在3.261.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極體，但其中藍光二極體成本、價格很高，使用不普遍。它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與空穴的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。發
4、展初期，採用砷化鎵（GaAs）的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。電流從LED 陽極流向陰極時，調節電流，便可調節光的強度。 如右圖所示。 圖1：LED發光原理圖不同顏色的LED,所使用的不同的元素圖 2：LED顏色和元素對應圖3、LED光源的特點1）電壓： led使用低壓電源，供電電壓在6-24v之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。2）效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80% 3）適用性：很小，每個單元 led小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，並且適合於易變的環境 4）穩定性： 10萬小時，光衰為初始的50% 5）回應時間：其白熾燈的回應時間為毫秒級， led燈的回應時間為納秒級6）對環境污染：無有害金屬汞 7）顏色：改變電流可以變色，發光二極體方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的 led，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色8）價格：led的價格比較昂貴，較之於白熾燈，幾隻led的價格就可
5、以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上300500只二極體構成 4、LED的優點1）高節能節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。 2）壽命長LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有鬆動的部分，不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。 3）多變幻LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在電腦技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合，即可產生25625625616777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。4）利環保環保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬於典型的綠色照明光源。紅光LED含有大量的As（砷），劇毒。5）高新尖與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了電腦技術、網路通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所
6、以亦是數位資訊化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有線上編程，無限升級，靈活多變的特點。6）體積小LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂裏面，所以它非常的小，非常的輕。7）高亮度、低熱量比HID或白熾燈更少的熱輻射。5、LED發展歷史1）1965年，全球第一款商用化發光二極體誕生 ，效率0.1lm/W,比白熾燈低100倍，售價45$/只。2）1968年，LED的研發取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，並且能夠發出紅光、橙光和黃色光。3）1971年，GaP綠色晶片LED。用途：指示用，長壽命10萬小時，可靠4）80年代AlGaAs技術使得LED效率達到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技術使得LED效率達到100流明/瓦。用途：顯示，信號用。用於室外的運動資訊發佈以及汽車的高位刹車燈。5）1994年，中村修二研製出了第一隻GaN基高亮度藍色發光二極體。用途：由於藍光LED的出現，人們首次實現紅黃藍LED的全色顯示，從90年代中期開始，許多廣告、體育和娛樂場所開始應用LED大螢幕顯示。6.1997年，中村修二和美國人修博特先後研製出了Ga
7、N藍色發光二極體激發黃光螢光粉得到白光LED，效率不足10 lm/W。6）2000年，日亞報導了15 lm/W白光LED。7）2003年，日亞報導的光效達到60 lm/W， 2006年3月，其光效達到100 lm/W。8）2006年7月，Cree公司報導了130 lm/W白光LED。9）2006年11月，日亞報導的光效達到150 lm/W，其效率已經超過節能燈，實現了真正意義上的照明。10）2007年3月，美國CREE公司光效達到157 lm/W，目前LED的效率向200 Lm/W前進。6、LED顯示幕常用術語解釋1）LED的顏色LED的顏色是一個很重要的一項指標,是每一個LED相關燈具產品必須標明,目前LED的顏色主要有紅色,綠色,藍色,青色,黃色,白色,暖白,琥珀色等其他的顏色。全球第一顆LED採用的材料是砷(As) 化鎵(Ga)，工作電壓為1.424V，其發出的光線為紅外光譜。之後，業界發展出以磷(P)化鎵(Ga)作為LED的材料，工作電壓為2.261V，發出的光為綠光。業界早期就透過這2種型態LED所需的材料，調配出從紅外線到綠色光範圍內所有波長的LED產品，發展出常見的紅光L
8、ED、黃光LED、橙光LED等等，這3大類LED因為使用了鎵、砷、磷3種元素，故被稱為3元素LED，而藍光LED、綠光LED與紅外光LED則被稱為2元素LED。業界後來發展出採用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)共4種元素的4元素LED，就能夠發出所有可見光範圍與部份紫外線光譜的光線。2）LED的電流LED的正向極限(IF) 電流多在20mA,而且LED的光衰電流不能大於IF/3,大約15mA和18mA.LED的發光強度僅在一定範圍內與IF成正比,當IF20mA時,亮度的增強已經無法用內眼分出來.因此LED的工作電流一般選在17-19MA左右比較合理.前面所針對是普通小功率LED(0.04-0.08W)之間的LED而言,但大功率的LED就必須查其規格。3）LED的電壓我們通常所說的是LED的正向電壓,就是說LED的正極接電源正極,負極接電源負極. 電壓與顏色有關係，紅、黃、黃綠的電壓是1.8-2.4v之間。白、藍、翠綠的電壓是3.0-3.6v之間,可能同樣一批LED的電壓會有一些差異,要根據廠家提供的為准. 在外界溫度升高時，VF將下降。LED的反向電壓VR:所允許加的
9、最大反向電壓。超過此值，發光二極體可能被擊穿損壞。4）LE發光強度（I、Intensity）簡稱光度，指光源的明亮程度。是說從光源一個立體角（單位為Sr）所放射出來的光通量，也就是光源或照明燈具所發出的光通量在空間選定方向上分佈密度，也即表示光源在一定方向和範圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德拉）, 1000mcd=1 cd（也稱燭光）.發光強度是針對點光源而言的，或者發光體的大小與照射距離相比比較小的場合。這個量是表明發光體在空間發射的會聚能力的。可以說，發光強度就是描述了光源到底有多“亮”，因為它是光功率與會聚能力的一個共同的描述。發光強度越大，光源看起來就越亮，同時在相同條件下被該光源照射後的物體也就越亮，因此，早些時候描述手電筒都用這個參數。現在LED也用這個單位來描述，比如某LED是15000 的，單位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd來表示，是因為以前最早LED比較暗，比如1984 年標準5mm的LED其發光強度才0.005cd，因此才用mcd表示，用發光強度來表示“亮度”的缺點是如果管芯完全一樣的兩個LED，會聚程度好的發光強度就高。因此，還要看照射角度。很多高I值的LED並非提高自身的發射效率來達到，而是把鏡頭加長照射角度變窄來實現。室內用單只LED的光強一般為500ucd-50 mcd，而戶外用單只LED的光強一般應為100 mcd-1000 mcd
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