LED制造技術(shù)與應(yīng)用(一)

1、LED制造技術(shù)與應(yīng)用(一)認識LED2012-2-24中文名稱：中文名稱：發(fā)光二極管英文名稱：英文名稱：Light Emitting Diode定定 義：義：是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件， 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。特特 點：點：發(fā)光效率高，環(huán)保，不易破損，壽命長。LED發(fā)光原理 目前約有21%的電源用于照明，如果能在固體照明領(lǐng)域節(jié)省一半的能源，則會對人類的節(jié)約能源做出巨大的貢獻。 LED的能量轉(zhuǎn)換效率非常高，理論上只需要白熾燈10%的耗能，與熒光燈相比，LED也只需要熒光燈50%的耗能。中國綠色照明工程促進項目辦公室做過一個專項調(diào)查，我國每年照明用電3000億度以上，用LED取代全部白熾燈或部分取代

2、熒光燈，將節(jié)省1/3的照明用電，這意味著節(jié)約1000億度電，相當于一個總投資超過2000億元的三峽工程全年的發(fā)電量。在使用壽命上，LED采用固體封裝，結(jié)構(gòu)牢固，壽命達數(shù)萬小時以上，LED的壽命是熒光燈的10倍，是白熾燈的100倍，用LED替代熒光燈可避免熒光燈管可能破裂而溢出汞所造成的二次污染。LED固體照明的意義固體照明的意義一. 認識LED二. 光學(xué)與照明的基礎(chǔ)知識，半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識三.三. LED的發(fā)光原理，結(jié)構(gòu)和特性的發(fā)光原理，結(jié)構(gòu)和特性四.四. LED芯片的類型和工藝流程芯片的類型和工藝流程五.五. LED的封裝介紹的封裝介紹六.六. 白光白光LED的制作的制作七.七. LED的技術(shù)

3、指標和測量方法的技術(shù)指標和測量方法八.八. 與與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題(散熱，二次光學(xué)設(shè)計，散熱，二次光學(xué)設(shè)計，ESD)介紹介紹九. LED的相關(guān)應(yīng)用一.一. 大功率大功率LED的介紹的介紹一一.國內(nèi)外LED技術(shù)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢十二. OLED的介紹課程主要內(nèi)容(一一) 認識認識LED1. LED產(chǎn)品的應(yīng)用2. 光源的歷史3. LED的發(fā)展歷程4. LED的結(jié)構(gòu)及分類5. 白光LED的制作6. LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成7. LED的發(fā)展趨勢1. LED產(chǎn)品的應(yīng)用 LED照明除了比用常規(guī)照明至少節(jié)能60%以外，還擁有長壽命、易集成、快響應(yīng)、利環(huán)保、光分布易于控制、色彩豐富等優(yōu)勢

4、。以“水立方”為例，僅使用LED燈的“水立方”景觀照明工程，預(yù)計全年可比傳統(tǒng)的熒光燈節(jié)電74.5萬千瓦時，節(jié)能達70%以上。夢幻五環(huán)(4萬顆LED) 相信奧運會開幕式的“夢幻長卷”和“夢幻五環(huán)”大家還記憶猶新，它被展現(xiàn)在一個4564平方米的巨大LED大屏幕上，這是迄今為止世界上最大的單體全彩色大屏幕，升入空中的“夢幻五環(huán)”，則是由4.5萬顆LED燈編排而成的。2. 光源的歷史人類照明歷史的人類照明歷史的n次革命次革命資料來源：東方證券研究所人類的誕生和照明的起源幾乎同時，在某種意義上，人類的誕生甚至是由照明進步引起，那就是照明的第一次革命火（fire）的出現(xiàn)。燃燒大部分的能量都以紅外線的形式輻

5、射出去，發(fā)光效率極低。直到1879 年，愛迪生發(fā)明了用炭絲做燈絲的世界上第一盞白熾燈（Incandescence），開始了人類照明史上的第二次革命。由于仍然是由燈絲發(fā)熱產(chǎn)生可見光照明，白熾燈的發(fā)光效率仍然偏低，電能轉(zhuǎn)換成光能的效率不到5%照明的第三次革命來自熒光燈（Fluorescence），時間從20 世紀40 年代開始。熒光燈是冷光源，能量轉(zhuǎn)換效率比白熾燈提高了很多，達到25%，壽命也提高到1000 小時。LED 照明發(fā)韌于20 世紀60 年代，最初的GaAsP 發(fā)光二極管發(fā)光效率和亮度較低，只能用作儀表指示燈。隨著二十世紀下半葉技術(shù)的快速進步特別是新材料的不斷出現(xiàn)，LED 的發(fā)光效率和能

6、量轉(zhuǎn)換效率都在快速提高。到2000 年前后，效率指標已經(jīng)達到并超過了熒光燈，被視為人類照明的第四次革命。中文名稱中文名稱：白熾燈英文名稱英文名稱：incandescent lamp定定 義義：電流加熱發(fā)光體至白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源，屬于 黑體發(fā)熱光源1845年 辛辛那提的斯塔爾提出可以在真空泡內(nèi)使用碳絲1878年 真空泵的出現(xiàn)1879年1月 英國的斯旺發(fā)明的白熾燈當眾試驗成功1879年10月21日 美國愛迪生采用碳化棉線作燈絲，點亮了10多個小時1880年 愛迪生又研制出碳化竹絲燈，同年10月，愛迪生設(shè)廠1908年 美國庫利奇試制成功現(xiàn)代的鎢絲白熾燈 (形狀，氣氛).2012年2020 禁用時

7、間表中文名稱：中文名稱：熒光燈 英文名稱：英文名稱：fluorescent lamp 定定 義：義：利用低壓汞蒸氣放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂在 燈管 內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光的電光源，屬于 低氣壓弧光放電光源。 1974年，荷蘭飛利浦研制成功了三色光熒光粉氧化釔（發(fā)紅光，峰值波長為611nm）、多鋁酸鎂（發(fā)綠光，峰值波長為541nm）和多鋁酸鎂鋇（發(fā)藍光，峰值波長為450nm）按一定比例混合成三基色熒光粉（完整名稱是稀土元素三基色熒光粉），是單端緊湊型節(jié)能熒光燈(燈管、鎮(zhèn)流器和燈頭一體)出現(xiàn)的基礎(chǔ)。CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp當給予燈管高電壓時，燈管電極射出電子

8、，由電極沖出的電子受電界的影響而運動，因而獲得動能。當這些擁有相當動能的高速電子與管內(nèi)水銀撞擊時，此狀態(tài)下之水銀分子瞬間釋出所增得的能量，由不安定之狀態(tài)急速返回原來之安定狀態(tài)，此時放出的能量即以紫外線放射出 (以波長253.7nm最為強烈)，此紫外線激發(fā)內(nèi)管壁涂布之熒光體，熒光體中的電子蓄存能量后瞬間又將其釋出，同時放出波長較長之可視光。簡言之為藉熒光體的作用將可視范圍以外的紫外線轉(zhuǎn)簡言之為藉熒光體的作用將可視范圍以外的紫外線轉(zhuǎn)換為可視光換為可視光。出發(fā)啟動電壓范圍5001200V，正常工作電壓在40100V之間。低壓放電可以產(chǎn)生1100013000K的高溫。CCFL燈管發(fā)光原理中文名稱：金屬

9、鹵素燈中文名稱：金屬鹵素燈定義：定義：又叫高強紫外鹵素燈，屬金屬鹵化物燈的一種,由高壓水銀燈發(fā)展而來，由高純度石英管材制造而成，石英管材內(nèi)充入了含有汞、氬、鎵的碘化物、鐵的碘化物以及一些稀有金屬鹵化物， 主光譜有效范圍在350nm-450nm之間。中文名稱：鹵素燈中文名稱：鹵素燈定義：定義：亦稱鎢鹵燈。原理是在燈泡內(nèi)注入碘或溴等鹵素氣體(代替惰性氣體和真空)。在高溫下，升華的鎢絲與鹵素進行化學(xué)作用，升華的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。LED燈與傳統(tǒng)照明光源的對比Lighting Designer Considerations可以上網(wǎng)的可以上

10、網(wǎng)的LED燈燈 上海世博會上，在半導(dǎo)體照明與信息化示范館內(nèi)中科院半導(dǎo)體所展出了一盞外觀普通，發(fā)著柔和燈光的LED臺燈，這盞“神燈”雖然不會讓你家財萬貫，夢想成真，但是卻可以在它燈光的照耀下通過一個小小的接收裝置就可以讓你的筆記本電腦輕松連入互聯(lián)網(wǎng)，不需要網(wǎng)線，也不需要無線網(wǎng)卡。LED燈光之所以可以實現(xiàn)無線上網(wǎng)，就是因為他可以通過每秒每秒200萬次的開關(guān)萬次的開關(guān)動作來發(fā)射調(diào)制編譯過的信號，來傳輸數(shù)據(jù)，目前可以實現(xiàn)每秒2M的速度的速度，之后可以實現(xiàn)每秒上G，而不影響照明。這項技術(shù)已經(jīng)在多國開始研發(fā)，比較大的實用地方是飛機上，或者是在水下，但目前還不知道是否適合家庭使用，用于短時間信息傳輸應(yīng)該不錯

11、，比如困在井下的工人；距離商業(yè)化應(yīng)該還有許多路要走。除了連接網(wǎng)絡(luò)外，LED燈還能充當各種家用電器的指揮官，實現(xiàn)對多種電器的開關(guān)和多種電器的開關(guān)和調(diào)節(jié)的控制調(diào)節(jié)的控制。這兩項技術(shù)也已分別在世博會的航空館和滬上生態(tài)家館進行了展示。3. LED的發(fā)展歷程1907年 Henry Joseph Round第一次在SiC里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象20年代 Bernhar Gudden和Robert Wichard 在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的黃磷發(fā)光50年代 英國科學(xué)家使用砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED(液氮中) 第一個商用LED應(yīng)用于感應(yīng)和光電領(lǐng)域(不可見的紅外光)1962年 GE、Monsant

12、o、IBM聯(lián)合實驗室開發(fā)出發(fā)紅光的半導(dǎo)體化合物GaAsP。1965年 第一款商用LED(使用鍺材料制成) 隨后隨后Monsanto公司和公司和HP公司推出用公司推出用GaAsP材料制作的商用材料制作的商用LED(效率效率0.1lm/W)，1968年 利用氮參雜工藝使GaAaP器件的效率1lm/W，并且能發(fā)出紅，橙，黃色。1971年 具有相同效率的GaP綠色芯片LED推出。80年代 GaAlAs的使用使得第一代高亮度的LED的誕生， 先是紅色(101lm/W)，接著就是黃色，最后為綠色。90年代 采用銦鋁磷化鎵AlInGaP生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED1992年 第一個有歷史意義的藍光第一

13、個有歷史意義的藍光LED也出現(xiàn)也出現(xiàn)90年代早期年代早期(日亞化學(xué)中村修二日亞化學(xué)中村修二)90年代 中期出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強度的綠光和藍光銦氮鎵Led。1996年 高亮度白光LED出現(xiàn)(InGaN藍光芯片+YAG熒光粉)1968年，中科院長春物理所研制開發(fā)了國內(nèi)第一只年，中科院長春物理所研制開發(fā)了國內(nèi)第一只LED，我國，我國LED材料和器件正式起步材料和器件正式起步1、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生 ，效率0.1lm/W,比白熾燈低100倍，售價45$/只。2、1968年，LED的研發(fā)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

14、/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。 3、1971年，GaP綠色芯片LED。 用途：指示用，長壽命10萬小時，可靠4、80年代AlGaAs技術(shù)使得LED效率達到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技術(shù)使得LED效率達到100流明/瓦。用途：顯示，信號用。用于室外的運動信息發(fā)布以及汽車的高位剎車燈。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍色發(fā)光二極管。 用途：由于藍光LED的出現(xiàn)，人們首次實現(xiàn)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(yīng)用LED大屏幕顯示。 6、1997年，中村修二和美國人修博特先后研制出了GaN藍色發(fā)光二極管激發(fā)黃光熒光粉得到白光

15、LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亞報道了15lm/W白光LED，8、2003年，日亞報道的光效達到60lm/W， 2006年3月，其光效達到100lm/W，9、2006年7月，Cree公司報道了130lm/W白光LED， 10、2006年11月，日亞報道的光效達到150lm/W，其效率已經(jīng)超過節(jié)能燈，實現(xiàn)了真正意義上的照明。11 、2007年3月，美國CREE公司光效達到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前進。4. LED的結(jié)構(gòu)及分類PN結(jié)特性：1.正向?qū)?2.反向截止 3.擊穿特性 4. 在一定的條件下有發(fā)光特性襯底的選擇與比較：Al2O3，Si，SiC，Ga

16、As，AlN，ZnO (p11)發(fā)光的峰值波長與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān),即 =hc/E1240/Eg（nm）(a) LED芯片的分類方法不一，但相關(guān)技術(shù)指標是相同的。P2022(b)5. 白光LED的制作6. LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成LED Lighting Chain7. LED的發(fā)展趨勢LED 正在重演新興產(chǎn)業(yè)的故事正在重演新興產(chǎn)業(yè)的故事LED 做為一種新的產(chǎn)品，一種新的照明方式和一個新興的行業(yè)，雖然擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的商機，但目前也碰到不少問題。這些也是所有新興爆發(fā)式增長產(chǎn)業(yè)共同面臨或曾經(jīng)面臨的問題，但我們相信，前途是美好的，道路是曲折的。技術(shù)進步在增長中扮演決定性角色技術(shù)

17、進步在增長中扮演決定性角色新技術(shù)的發(fā)明發(fā)現(xiàn)是新產(chǎn)品快速涌現(xiàn)、發(fā)展，直至形成一個行業(yè)的前提，技術(shù)的不斷革新和推進，則是行業(yè)爆發(fā)性增長的基礎(chǔ)。IT 行業(yè)是爆發(fā)式增長的典型，早在1970s，英特爾的創(chuàng)始人摩爾就提出了著名的“摩爾定律”，即：集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18 個月就翻一番；微處理器的性能每隔18 個月提高一倍，而價格下降一倍；用一個美元所能買到的電腦性能，每隔18 個月翻兩番。LCD 顯示器行業(yè)過去十年間生產(chǎn)線的世代演變也證實了這一點。從第一代衍生至第四代，幾乎每4.2 年，玻璃基板的面積就會增加一倍。從第四代廠之后，由于超大尺寸面板的需求激增，第四代至第七代基板的變化，平均每兩年基板面積就會增加一倍，速度比半導(dǎo)體芯片還要快。技術(shù)的快速進步使新興行業(yè)產(chǎn)能快速擴張，供給曲線不斷往右移動，從S1 到S2 再到S4。在同樣的價格下，供給放大數(shù)倍。由于需求一時跟不上，部分企業(yè)開始虧損，退出行業(yè)競爭，供給曲線回歸到S3 的水平。圖：Sharp 十代TFT-LCD生產(chǎn)線玻璃基板IVO Confidential562022-4-25TFT-LCD的世代的世代IVO Confidential572022-4-25The Generation of TFT-LCD問題:你們知道IVO是哪一個世代嗎?玻璃的厚度是多少呢？ 和其他爆發(fā)性增長的行業(yè)一樣，LED 行業(yè)