LED+培訓(xùn)資料(一)

1、LED 培訓(xùn)資料（一）編寫:LED 研發(fā)部大 綱：一、了解光和LED詮釋、歷史簡(jiǎn)介二、了解LED原物料和制造工藝三、了解LED應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品一、了解光和LED詮釋、LED歷史簡(jiǎn)介1、光的本質(zhì)、物體發(fā)光方式光是一種能量的形態(tài)，它可以從一個(gè)物體傳播到另一個(gè)物體，無(wú)需任何物質(zhì)作媒介。通常將這種能量的傳遞方式謂之輻射，其含義是能量從能源出發(fā)沿直線（在同一介質(zhì)內(nèi)）向四面八方傳播。關(guān)于光的本質(zhì)，早在十七世紀(jì)中葉就被牛頓與麥克斯韋分別以“微粒說(shuō)”、“波動(dòng)說(shuō)”進(jìn)行了詳細(xì)探討，并成為當(dāng)前所公論的光具有“波粒二重性”的理論基礎(chǔ)。約100 多年前，人們又進(jìn)一步證實(shí)了光是一種電磁波，更嚴(yán)格地說(shuō)，在極為寬闊的電磁波譜大

2、家族中，可見光的光波只占有很小的空間，其波長(zhǎng)范圍處在380nm-770nm之間包含了人眼可辯別的紫、錠、藍(lán)、綠、黃、橙、紅七種顏色，它的長(zhǎng)波方向是波長(zhǎng)范圍在微米量級(jí)至幾十千米的紅外線、微波及無(wú)線電波區(qū)域；它的短波端是紫外線、x 射線、r 射線。LED芯片各個(gè)顏色波段對(duì)照表(單位：納米（nm）紅光：615-650 橙色：600-610 黃色：580-595黃綠：565-575綠色: 495-530藍(lán)光：450-480紫色：370-410白光：450-465相對(duì)正規(guī)的波長(zhǎng)而定：紅光：620-630 橙色：603-608 黃色：585-595綠色: 515-525黃綠：565-575藍(lán)光：465-4

3、75紫色：370-410白光：455-462.5物體的發(fā)光方式通?？煞殖啥?，即熱光與冷光。所謂熱光又稱之謂熱輻射，是指物質(zhì)在高溫下發(fā)出的熱。在熱輻射的過(guò)程中，特內(nèi)部的能量并不改變，通過(guò)加熱使輻射得以進(jìn)行下去，低溫時(shí)輻射紅外光、高溫時(shí)變成白光。眾所周知，當(dāng)鎢絲在真空式惰性氣氛中加熱至很高的溫度，即會(huì)發(fā)出灼眼的白光。冷光是從某種能源在較低溫度時(shí)所發(fā)出的光。發(fā)冷光時(shí)，某個(gè)原子的一個(gè)電子受外力作用從基態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)。由于這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，該電子通常以光的形式將能量釋放出來(lái)，回到基態(tài)。由于這種發(fā)光過(guò)程不伴隨物體的加熱，因此將這種形式的光稱之為冷光。其實(shí)，太陽(yáng)光就是一種最為常見的白光，三棱鏡可將太

4、陽(yáng)光分解成上述的七種顏色，實(shí)驗(yàn)已證明，只要采用其中的藍(lán)、綠、紅三種顏色，即可合成自然界中所有色彩，包括白色的光，我們通常將藍(lán)、綠、紅三種顏色稱之為三原色。按物質(zhì)的種類與激發(fā)的方式不同，冷光可分為各種生物發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、場(chǎng)致發(fā)光、電致發(fā)光等多種類別。電致發(fā)光是一種直接電能轉(zhuǎn)換成光能的過(guò)程。這種發(fā)光不存在尤如白熾燈那樣先將電能轉(zhuǎn)變成熱能，繼而使物體溫度升高而發(fā)光的現(xiàn)象，故將這種光稱之為冷光，LED就屬于這類發(fā)光過(guò)程。2、LED詮釋LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體晶片材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后

5、四周用透鏡灌封硅膠密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 LED 作為一個(gè)電致發(fā)光的PN

6、結(jié)器件，其特性可用PN結(jié)的電學(xué)參數(shù)，以及作為一個(gè)發(fā)光器件的光學(xué)參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述。伏安特性是描述一個(gè)PN 結(jié)器件的重要參數(shù)，它是PN 結(jié)性能，PN結(jié)制作工藝優(yōu)劣的重要標(biāo)識(shí)。所謂伏安特性，即是流過(guò)PN結(jié)的電流隨電壓變化的特性，在示波器上能十分形象地展示這種變化。一根完整的伏安曲線包括正向特性與反向特性。通常，反向特性曲線變化較為陡峭，當(dāng)電壓超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，電流會(huì)出現(xiàn)指數(shù)式上升。通?？捎梅聪驌舸╇妷?，反向電流和正向電壓三個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行伏安特性曲線的描述。正向電壓VF 是指額定正向電流下器件二端的電壓降，這個(gè)值與材料的禁帶寬度有關(guān)，同時(shí)也標(biāo)識(shí)了PN結(jié)的體電阻與歐姆接觸電阻的高低。VF 的大小一定程度上反映

7、了電極制作的優(yōu)劣。相對(duì)于350毫安的正向電流，紅黃光類LED 的VF 值約為2 伏，而藍(lán)綠光類LED 器件的VF 值通常大于3 伏。反向漏電流IR 是指給定的反向電壓下流過(guò)器件的反向電流值，這個(gè)值的大小十分敏感于器件的質(zhì)量。通常在5 伏的反向電壓下，反向漏電流應(yīng)不大于是10 微安，IR 過(guò)大表明結(jié)特性較差。反向擊穿電壓是指當(dāng)反向電壓大于某一值時(shí)，反向漏電電流會(huì)急劇增大，反映了器件反向耐壓的特性。對(duì)一個(gè)具體器件而言，漏電流大小的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，在較為嚴(yán)格的情況下，要求在規(guī)定電壓下，反向漏電流不大于10 微安。3、LED 的發(fā)展歷史 半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，可追溯到上世紀(jì)二十年代，法國(guó)科學(xué)O.W

8、.Lossow 在研究SiC檢波器時(shí)，首先觀察到了這種發(fā)光現(xiàn)象。由于當(dāng)時(shí)在材料制備、器件工藝技術(shù)上的限制，這一重要發(fā)現(xiàn)沒有被迅速利用。直至20世紀(jì)60年代初，隨著-族材料與器件工藝的進(jìn)步，人們終于研制成功了具有實(shí)用價(jià)值的發(fā)射紅光的GaAsP 發(fā)光二級(jí)管，并被GE公司大量生產(chǎn)用作儀器表指示。此后由于GaAs、Gap 等材料研究與器件工藝的進(jìn)一步發(fā)展，除深紅色的LED外，包括橙、黃、黃綠等各種色光的LED 器件也大量涌現(xiàn)于市場(chǎng)。出于多種原因，Gap、GaAsP 等LED 器件的發(fā)光效率很低，光強(qiáng)通常在10mcd 以下，只能用作室內(nèi)顯示之用。雖然AlGaAs 材料進(jìn)入間接躍進(jìn)型區(qū)域，發(fā)光效率迅速下降

9、。 跟隨著半導(dǎo)體材料及器件工藝的進(jìn)步，特別是MOCVD 等外延工藝的日益成熟，至上世紀(jì)九十年代初，日本日亞化學(xué)公司（Nichia）與美國(guó)的克雷（Cree）公司通過(guò)MOCVD 技術(shù)分別在藍(lán)寶石與SiC 襯底上生長(zhǎng)成功了具有器件結(jié)構(gòu)的GaN 基LED 外延片，并制造了亮度很高的藍(lán)、綠及紫光LED 器件。超高亮LED 的第二個(gè)特征是發(fā)光波長(zhǎng)的擴(kuò)展，InGaAlP 器件的出現(xiàn)使發(fā)光波段向短波擴(kuò)展到570nm 的黃綠光區(qū)域，而GaN 基器件更使發(fā)光長(zhǎng)短擴(kuò)至綠、藍(lán)、紫波段。 對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做

10、成，GaN芯片發(fā)藍(lán)光（p=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。現(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。 在LED業(yè)者中，日亞化學(xué)是最早運(yùn)用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長(zhǎng)的高亮度LED，以及藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光（Laser Diode；LD），是業(yè)界握有藍(lán)光L

11、ED專利權(quán)的重量級(jí)業(yè)者。在日亞化學(xué)取得蘭色LED生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多基本專利后，堅(jiān)持不對(duì)外提供授權(quán)，僅采自行生產(chǎn)策略，意圖獨(dú)占市場(chǎng)，使得藍(lán)光LED價(jià)格高昂。但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當(dāng)不以為然，部分日系LED業(yè)者認(rèn)為，日亞化工的策略，將使日本在藍(lán)光及白光LED競(jìng)爭(zhēng)中，逐步被歐美及其他國(guó)家的LED業(yè)者搶得先機(jī)，屆時(shí)將對(duì)整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重傷害。因此許多業(yè)者便千方百計(jì)進(jìn)行藍(lán)光LED的研發(fā)生產(chǎn)。目前除日亞化學(xué)和住友電工外，還有豐田合成、羅沐、東芝和夏普，美商Cree，全球3大照明廠奇異、飛利浦、歐司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了該產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，對(duì)促進(jìn)

12、白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化方面起到了積極的促進(jìn)作用。4、與傳統(tǒng)光源相比，LED 光源優(yōu)點(diǎn)LED 作為一個(gè)發(fā)光器件，之所以備受人們關(guān)注，是有其較其他發(fā)光器件優(yōu)越的方面，歸納起來(lái)LED 有下列一些優(yōu)點(diǎn)：（1） 工作壽命長(zhǎng)：LED 作為一種導(dǎo)體固體發(fā)光器件，較之其他發(fā)光器具有更長(zhǎng)的工作壽命。其亮度半衰期通?？蛇_(dá)到十萬(wàn)小時(shí)。如用LED 替代傳統(tǒng)的汽車用燈，那么它的壽命將遠(yuǎn)大于汽車本體的壽命，具有終身不用修理與更換的特點(diǎn)。（2） 耗電低：LED 是一種低壓工作器件，因此在同等亮度下，耗電最小，可大量降低能耗。相反，隨著今后工藝和材料的發(fā)展，將具有更高的發(fā)光效率。人們作過(guò)計(jì)算，假如日本的照明燈具全部用

13、LED 替代，則可減少二座大型電廠，從而對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有利。（3） 響應(yīng)時(shí)間快：LED 一般可在幾十毫秒（ns）內(nèi)響應(yīng)，因此是一種高速器件，這也是其他光源望塵莫及的。采用LED 制作汽車的高位剎車燈在高速狀態(tài)下，大提高了汽車的安全性。（4） 體積小，重量輕、耐抗擊：這是半導(dǎo)體固體器件的固有特點(diǎn)。（5） 易于調(diào)光、調(diào)色、可控性大：LED 作為一種發(fā)光器件，可以通過(guò)流過(guò)電流的變化控制亮度，也可通過(guò)不同波長(zhǎng)LED 的配置實(shí)現(xiàn)色彩的變化與調(diào)節(jié)。因此用LED 組成的光源或顯示屏，易于通過(guò)電子控制來(lái)達(dá)到各種應(yīng)用的需要，與IC 電腦在兼容性無(wú)絲毫困難。LED 光源的應(yīng)用原則上不受限制，可塑性極強(qiáng)，可以任意延

14、伸，實(shí)現(xiàn)積木式拼裝，目前大屏幕的彩色顯示屏非LED 莫屬。（6）用LED 制作的光源不存在諸如水銀、鉛等環(huán)境污染物，不會(huì)污染環(huán)境。因此人們將LED 光源稱為“綠色”光源。5、了解綠色照明所謂綠色照明光源就是指通過(guò)科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，具有效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品，通過(guò)綠色照明光源的使用，改善與提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境，并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明環(huán)境。1991 年1 月，美國(guó)環(huán)保局（EPA）首先提出 實(shí)施“綠色照明”和推出“綠色照明工程”的概念，并很快得到聯(lián)合國(guó)的支持和許多發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，并積極采取相應(yīng)的政策和技術(shù)措施，推進(jìn)

15、綠色照明工程的實(shí)施和發(fā)展。1993 年11 月我國(guó)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委開始啟動(dòng)中國(guó)綠色照明工程，于1996 年正式列入國(guó)家計(jì)劃。節(jié)能與環(huán)保是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的二項(xiàng)基本要素。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，我國(guó)照明年用電達(dá)2000 億度，占總發(fā)電量的12%，約為2 個(gè)半三峽滿負(fù)荷的發(fā)電量。如能用高效固態(tài)LED白光光源替代部分目前的通用電光源，特別是白熾燈，就可節(jié)省下一半約10000 億度的電量。另外有資料顯示，直接燃燒一噸煤將向空中排放上百公斤的SO2、NO2、粉塵與CO2，將會(huì)大面積破壞大氣與氣候環(huán)境，采用固態(tài)LED光源替代通用照明光源后，就可使我國(guó)減小數(shù)億噸級(jí)的大氣污染，有效地保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境。6、LED其他術(shù)語(yǔ)（照度、亮

16、度、光強(qiáng)、光通量、光效、眩光、同步性、防護(hù)等級(jí)、色溫、顯色指數(shù)）l 照度：照度(Luminosity)指物體被照亮的程度，采用單位面積所接受的光通量來(lái)表示，表示單位為勒克斯(Lux,lx)，1 勒克斯等于1流明(lm)的光通量均勻分布于 1 面積上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量為標(biāo)準(zhǔn)，若傾斜照射則照度下降。為了對(duì)照度的量有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，下面舉一例進(jìn)行計(jì)算，一只100W的白熾燈，其發(fā)出的總光通量約為1200Lm，若假定該光通量均勻地分布在一半球面上，則距該光源1m和5m處的光照度值可分別按下列步驟求得： 半徑為1m的半球面積為2×12=6.28 ， 距光源1m處的光照度值為：

17、1200Lm/6.28 m2=191Lux。 同理，半徑為5m的半球面積為:2×52=157， 距光源5m處的光照度值為：1200Lm/157 =7.64Lux。起居間所需之照明照度為150300Lux；一般書房照度為100Lux，但閱讀時(shí)所需之照明照度則為600Lux。一般情況：夏日陽(yáng)光下為10萬(wàn)Lux；陰天室外為1萬(wàn)Lux；室內(nèi)日光燈為100Lux；距60W臺(tái)燈60cm桌面為300Lux 。l 亮度：亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發(fā)光強(qiáng)度。單位是堪德拉每平米(cd/)或稱nits，亮度是指發(fā)光體（反光體）表面發(fā)光（反光）強(qiáng)弱的物理量。人眼從一個(gè)方向觀察光源，在這個(gè)方向上

18、的光強(qiáng)與人眼所“見到”的光源面積之比，定義為該光源單位的亮度，即單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度。l 發(fā)光強(qiáng)度：指光源的明亮程度，發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫cd，1000mcd=1cd，其他單位有燭光，支光。1cd是指單色光源（波長(zhǎng)0.550微米）的光，在給定方向上的單位立體角內(nèi)發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度。光源輻射是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為I=F/，（為立體角，單位為球面度（sr）,F為光通量，單位是流明），對(duì)于點(diǎn)光源由I=F/4發(fā)光強(qiáng)度是針對(duì)點(diǎn)光源而言的，或者發(fā)光體的大小與照射距離相比比較小的場(chǎng)合。這個(gè)量是表明發(fā)光體在空間發(fā)射的匯聚能力的?？梢哉f(shuō)，發(fā)光強(qiáng)度就是描述了光源到底有多亮。l 光通

19、量：光通量通常用來(lái)表示，單位為流明lm，光通量是每單位時(shí)間到達(dá)、離開或通過(guò)曲面的光能數(shù)量，光通量指人眼所能感覺到的輻射能量，它等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對(duì)視見率（某波長(zhǎng)光的視見率與555nm黃綠光的視見率的比值）的乘積。由于人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的相對(duì)視見率不同，所以不同波長(zhǎng)光的輻射功率相等時(shí)，其光通量并不相等。l 光效：光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。單位：每瓦流明（Lm/w）。l 眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，所造成的視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。l 同步性：兩個(gè)或兩個(gè)以上LED燈在不規(guī)定時(shí)間內(nèi)能正常按程序設(shè)定的同

20、步方式運(yùn)行，同步性是LED燈實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變化的基本要求。l 防護(hù)等級(jí)：IP防護(hù)等級(jí)是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級(jí)，由兩個(gè)數(shù)字所組成，第一個(gè)數(shù)字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(jí)（分0-6級(jí)），第二個(gè)數(shù)字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級(jí)），數(shù)字越大表示其防護(hù)等級(jí)越高。l 色溫是用來(lái)表示光源顏色的量，光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。單位：開爾文（K）。色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。低色溫光源的特征是能量分布中，紅輻射相對(duì)說(shuō)要多些，通常稱為“暖光”；色溫提高后，能量分布中，藍(lán)輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。 根據(jù)這一原理，任何光線

21、的色溫是相當(dāng)于上述黑體散發(fā)出同樣顏色時(shí)所受到的“溫度”。顏色實(shí)際上是一種心理物理上的作用，所有顏色印象的產(chǎn)生，是由于時(shí)斷時(shí)續(xù)的光譜在眼睛上的反應(yīng)，所以色溫只是用來(lái)表示顏色的視覺印象。一些常用光源的色溫為：標(biāo)準(zhǔn)燭光為1930K；鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；閃光燈為3800K；中午陽(yáng)光為5400K；總之，色溫在3300K以下有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺（帶紅的白色表現(xiàn)為淡黃白色）；色溫在3000-5000K為中間色溫，有爽快的感覺（中間白）；色溫在5000K以上有冷的感覺（帶藍(lán)的白色）。l 顯色指數(shù)是光源顯色性的定量描述，表示符號(hào)為Ra。光源對(duì)物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是

22、顏色逼真的程度，顯色性高的光源對(duì)物體再顯較好，我們所看到的顏色也較接近自然原色；顯色性低的光源對(duì)顏色的再現(xiàn)性差，我們看到的顏色偏差也較大。國(guó)際照明委員會(huì)CIE 把太陽(yáng)的顯色指數(shù)定為Ra=100，各類光源的顯色指數(shù)各不相同。顯色性是照明設(shè)計(jì)上非常重要的參數(shù)，直接影響被照物品燈光下顏色真實(shí)的效果。二、了解LED原物料和LED封裝生產(chǎn)工藝流程1、LED原物料1.LED晶片LED燈珠的核心原物料，發(fā)光就是靠它了，也是主要成本。2.金線用來(lái)連接LED晶片電極和外部支架的引線。3.導(dǎo)電銀膠絕緣膠導(dǎo)電銀膠是LED生產(chǎn)封裝中不可或缺的一種膠水，對(duì)其要求是導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能要好，剪切強(qiáng)度要大，并且粘結(jié)力要強(qiáng)。絕緣膠要求絕緣，導(dǎo)熱性好，剪切強(qiáng)度要大，并且粘結(jié)力要強(qiáng)。4.支