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1、 半 导 体 照 明 技 术 半 导 体 照 明 技 术 参考书目： 1、谢秀颖.郭宏祥，电气照明技术第二版， 中国电力 出版社，2007年11月 2、王晓东，电气照明技术，机械工业出版社，2004 年1月 3、陈元灯.李元密，LED制造技术与应用，电子工业 出版社，2007年7月 4、刘木清.周小丽，照明自动控制技术，机械工业出 版社，2007年8月 半 导 体 照 明 技 术 半导体照明概述 一、半导体照明 半导体照明是指用全固态发光器 件（发光二极管，即LED，是由半 导体材料制成的光电器件，可将电 能直接转换为光能）作为光源的照 明，具有高效、节能、环保、寿命 长、易维护等显著特点，是
2、近年来 全球最具发展前景的高新技术领域 之一，是人类照明史上继白炽灯、 荧光灯之后的又一场照明光源的革 命。 半导体照明 (LED) 半 导 体 照 明 技 术 二、LED（Light Emitting Diode ） LED，是一种固态的半导体器件, 它可以直接把电转化为光。LED的心 脏是一个半导体的晶片，晶片的一端 附在一个支架上，整个晶片被环氧树 脂封装起来。半导体晶片由两部分组 成，一部分是P型半导体，空穴占主 导地位，另一端是N型半导体，主要 是电子。这两种半导体相连就形成一 个“P-N结”。当电流通过导线作用于 这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P区里电子跟空穴复合，然后
3、就会以光子的形式发出能量，这就是 LED发光的原理。 LED构造图 半 导 体 照 明 技 术 三、LED产业链 LED产业链大致可分为五部分：原材料，LED上游产业，LED 中游产业，LED下游产业，测试仪器和生产设备。 1、原材料 LED的原材料包括衬底材料砷化镓、氮化铝、磷化镓、磷砷 化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等。它们大部分是IIIV族化合物半导 体单晶，生产工艺比较成熟。原材料的纯度一般都要在6N以上。 2、LED上游产业 主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。由于外延工艺的 高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层 等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、负电极和
4、完成 分割检测。 半 导 体 照 明 技 术 3、LED中游产业 是指LED器件封装产业。根据用于现实、照明、通信等不同场 合，封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。 4、LED下游产业 是指应用LED作为显示或照明器件后形成的产业。主要的应用 产业有LED显示屏、LED交通信号灯、LED航标灯、 LED景观灯 饰、液晶背光源、LED车灯、LED特殊照明等。 水立方景观照明 半 导 体 照 明 技 术 鸟巢景观照明 半 导 体 照 明 技 术 篔筜湖畔的LED照明 半 导 体 照 明 技 术 中山路商业街的LED照明 半 导 体 照 明 技 术 位于湖滨北路的中闽大厦 半 导 体
5、 照 明 技 术 5、测试仪器和生产设备 测试仪器主要有：外延材料方面的X射线双晶衍射仪、荧 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、器件测试仪器方 面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。 生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metal- organic Chemical Vapor DePosition ，缩写MOCVD) 、液相外镀炉、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊 机、硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、 芯片检测仪、倒膜机、光色点全自动分选机等。 半 导 体 照 明 技 术 MOCVD系统 目前国际上MOCVD的价格在每台440万美元左右，按人民币计 算接近
6、3000万元 。生产企业主要有：德国的Aixtron公司、美 国的Emcore公司、英国的Thomas Swan公司等。 半 导 体 照 明 技 术 厦门为中国七大LED产业基地之一，首批4个半导体照明工程 产业化基地之一（大连、上海、南昌和厦门 ），已经成为中国 大陆地区光电产业快速发展的重要城市 。 厦门生产LED外延片、芯片的企业有四家，即厦门三安光电、 联厦光电、明达光电、乾照光电，芯片总产量约占祖国大陆自产 芯片的25%。封装企业有十几家，下游应用企业有50多家，还有 与之配套的荧光粉、环氧树脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、各 种辅助材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业链。 2009
7、年厦门市光电产业实现产值404.39亿元，首次突破400亿 元，销售收入398.72亿元。2009年，产值及销售同时超亿的厦门 市光电企业有29家。2009年厦门市节能灯照明出口占有量继续保 持全球市场20%以上，为全球高端节能照明的制造和出口基地。 四、厦门市LED产业简介 半 导 体 照 明 技 术 第一章第一章 光光 视觉视觉 颜色颜色 本章主要介绍光、视觉、颜色等与照明技术有关的基础知识。 第一节 光 照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。 一、光的本质 1、 “什么是光，光的本质是什么？”这个问题很早就引起 了许多学者的关注，直到17世纪，基本上形成了两种学说： 一种是荷兰物理学家
8、惠更斯提出的波动说，认为光是某 种振动，在弹性介质中以波的形式向周围传播。 另一种牛顿支持的微粒说，认为光是从光源发出的一种 物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。 半 导 体 照 明 技 术 光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始，至二十世纪初 以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。 历史上许多著名科学家都加入这一论战，包括牛顿、胡克 、惠更斯、托马斯杨、菲涅耳等。直到1905年3月，爱因斯坦 在德国物理年报上发表了题为关于光的产生和转化的一 个推测性观点的论文他认为对于时间的平均值，光表现为波 动性；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。这是历史上第一 次揭示光的波动性和粒子性的
9、统一，即波粒二象性。这一科学 理论最终得到了学术界的广泛接受。 1921年，爱因斯坦因光电效应研究而获得奖诺贝尔物理学 奖。 半 导 体 照 明 技 术 2、光的波动性，是指光是一种电磁波。 电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线、宇 宙射线等，如图1-1所示。电磁波能量的传播称为辐射，辐射在通过 物质时一般不改变频率，速度则随物质而改变。在真空中，光速是一 常数c=2.9979108m/s，光的速度、频率与波长之间的关系为： c= 图1-1 电磁波谱和可见光谱 半 导 体 照 明 技 术 在电磁波谱中，波长为380780nm(1nm10-9m)的电磁波，作用 于人眼能产生视觉
10、，这部分电磁波叫可见光。可见光只占电磁波 谱极小的一部分。 单色光:由单一波长组成的光。 可见光按波长依次排列可以得到可见光谱。不同波长的可见光 ，在视觉上会形成不同的颜色。 通常将可见光分为： 红(780630nm)、橙(630600nm)、黄(600570nm)、 绿(570490nm)、青(490450nm)、蓝(450430nm)和 紫(430380nm)等七种单色光。 将可见光按波长从380780nm依次展开，光将分别呈现紫、蓝 、青、绿、黄、橙、红色。 半 导 体 照 明 技 术 3、光的微粒性是指光束是微粒流。 微粒的运动速度就是光速,这些粒子就是光子。不同波长的光, 具有不同的
11、能量，即由不同能量的光子组成。光子具有的能量E正 比于光的频率： E=h h=6.6210-34J.S，为普朗克常数。 光子所具有的能量h是频率为的光所具有的能量的最小 单位，不能再分割了，故光子又称光量子。在光和其他物质相 互作用是，能量的交换是以h的形式一份一份地进行的，即 能量是不连续的。 半 导 体 照 明 技 术 二、光的产生和传播 1、光的产生 通常，光按两种方式产生，即热辐射和发光。 （1）热辐射 热辐射是指物质在高温下辐射出热能。当物体被加热到高温 时，组成它的原子或分子将产生热运动，并互相碰撞使电子获得 能量而被激发，从而产生辐射。 黑体辐射热辐射的一种。黑体又称为完全辐射体
12、其特 点是入射到黑体上的光辐射将完全被吸收，而没有反射和 透射，即它的反射比和透射比为0，吸收比为1。 半 导 体 照 明 技 术 著名的普朗克定律所描述的就是不同温度下的黑体的光谱辐射 功率与波长的函数关系，普朗克的黑体辐射公式是： 其中为辐射波长；T为黑体的绝 对温度，h为普朗克常量， c为真 空中的光速，k=1.3810 23为玻 尔兹曼常量。 （W/m3 ） 图1-2 不同温度黑体辐射的能量分布 半 导 体 照 明 技 术 （2）发光 发光就是其他任何种类能量变换成光能的过程，通常通过激发 过程来完成。激发是一个能量转移过程。一个系统得到激发，得到 到能量由低能态E1跃迁到高能态E2，当它由高能态回到低能态时 ，根据能量守恒定律，多余的能量就可能以光的形式释放出来，这 就是激发发光。发光波长的长短取决于能量差E=E2-E1, E正 是发射的光子所具有的能量。 按激发的方式不同，可把发光分为以下几种： 1）生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。 2）化学反应：由化学反应直接引起的发光。物质的燃
