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1、Led 知 识培训,讲师：吴文焘,目 录,一、LED简介 二、LED发展趋势 三、LED芯片介绍 四、LED封装简介 五、LED基础知识 六、LED应用介绍,一、LED简介,1、LED的定义 2、LED的特点 3、LED发光原理,2、LED的特点,1、LED的单向导电性 2、LED的反向截止性 3、LED的光源特点 4、LED的色彩,LED光源的特点,电 压：LED使用低压电源，单颗电压在1.9-4V之间，比使用高压 电源更安全的电源。 效 能：光效高，目前实验室最高光效已达到 161 lm/w（cree）,是 目前光效最高的照明产品。 抗震性：LED是固态光源，由于它的特殊性，具有其他光源产
2、品不能 比拟的抗震性。 稳定性：10万小时，光衰为初始的70% 响应时间：LED灯的响应时间为纳秒级，是目前所有光源中响应时间 最快的产品。 环 保：无金属汞等对身体有害物质。 颜 色：LED的带快相当窄，所发光颜色纯，无杂色光，覆盖整过可 见光的全部波段，且可由RGB组合成任何想要可见光。,LED色彩丰富,由于LED带宽比较窄，颜色纯度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩丰富得多。 据有关专家计算，LED的色彩比其他光源丰富30%,因此，它能够更准确的反应物体的真实性，当然也更受消费者的青睐！,LED发光原理,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
3、之间有一个过渡层，称为p-n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。,二、LED发展趋势,1、 LED光源的发展趋势 2、LED行业介绍 3、 LED产业政策和机遇 4、公司在产业链中的位置 5、LED的应用,LED光源的发展趋势,LED光源技术市场前景： LED理论上每瓦的发光效率高达370 LM/W,在目前芯片结构不做任何改变的情况下良好的工艺让LED每瓦到达150LM没有任何问题，当达到这种亮度的时候，所有的照明领域基本上都可以替代了。预计在未来13年内
4、LED光源将达到每瓦300流明的光效率。目前美国实验室的LED已达到了每瓦161流明的光效率，总光通量为 175 LM。,LED行业介绍,LED行业由于技术的先进性和产品使用的广泛性，已经被广泛认为是最有发展潜力的高技术领域之一。在电力使用结构中，照明用电国际为19%，国内为12%，我国目前每年白炽灯的销量仍为20亿只，如果我国照明装置50%采用LED，每年节能相当于两座三峡电站，减排4632万吨二氧化碳，LED产业具有明显的节能和环保的效果。 目前欧美已禁用白炽灯，接下来会对荧光灯给予限制，我国深圳已对霓虹灯禁用；LED光效每五年提高一倍，价格下降一半，产值每年成倍上升，这是一个值得终身投入
5、之中，且前途无量的行业。,推动LED产业的国家政策,刺激LED产业发展国家政策 1、2008年，财政部、国家发改委联合发布高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法，将重点支持高效照明产品替代在用的白炽灯和其他低效照明产品，主要包括普通照明用自镇流荧光灯、三基色双端直管荧光灯(T8、T5型)和金属卤化物灯、高压钠灯等电光源产品，半导体(LED)照明产品，以及必要的配套镇流器。国家采取间接补贴方式进行推广，即统一招标确定高效照明产品推广企业及协议供货价格，财政补贴资金补给中标企业，再由中标企业按中标协议供货价格减去财政补贴资金后的价格销售给终端用户。暂行办法规定，大宗用户中央财政按中标协议供货价格
6、的30%给予补贴；城乡居民用户中央财政按中标协议供货价格的50%给予补贴。 2、国务院出台4万亿元规模的经济刺激计划将惠及诸多行业领域。4万亿投资的具体构成主要包括，近一半投资将用于铁路、公路、机场和城乡电网建设，总额1.8万亿元；用于地震重灾区的恢复重建投资1万亿元；用于农村民生工程和农村基础设施3700亿元；生态环境3500亿元，保障性安居工程2800亿元，自主创新结构调整1600亿元，医疗卫生和文化教育事业400亿元。预计4万亿经济刺激每年将拉动经济增长约1个百分点。,LED产业前景,LED产业市场规模三年有望翻一番 在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下，已结束的2008年北京奥运会
7、和即将到来的2010年上海世博会都不约而同地以绿色节能为主题，这给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。 据国内有关机构预测，在奥运、世博的强力带动下，中国LED照明市场规模将从2007年的48.5亿元快速增长至2010年的98.1亿元，不久前结束的北京奥运会上，LED照明技术在奥运历史上首次大规模使用并获得成功。据官方统计，北京奥运会总共包括36个比赛场馆，其照明产品需求就达5亿元左右，这还不包括奥运村、奥运花园等其他公共照明设施市场。,LED照明产业商机,2009年LED照明产业的商机 1、国务院出台4万亿元规模的经济刺激计划中，有1.8万亿元用于铁路、公路、机场和城乡电网建设、
8、1万亿元用于地震重灾区的恢复重建，这无疑给中国LED照明产业带来巨大的商机。 2、即将到来上海世博会将给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。,北川重建规划,上海世博会,LED产业链,LED应用历,LED应用,LED应用,LED应用,LED应用,LED应用,LED应用,实例“梦幻长卷”和“梦幻五环”,相信奥运会开幕式的“梦幻长卷”和“梦幻五环”大家还记忆犹新，它被展现在一个4564平方米的巨大LED大屏幕上，这是迄今为止世界上最大的单体全彩色大屏幕，升入空中的“梦幻五环”，则是由4.5万颗LED灯编排而成的。,梦幻五环,梦幻长卷,实例“水立方”,LED照明除了比用常规照明至少节能60%
9、以外，还拥有长寿命、易集成、快响应、利环保、光分布易于控制、色彩丰富等优势。以“水立方”为例，仅使用LED灯的“水立方”景观照明工程，预计全年可比传统的荧光灯节电74.5万千瓦时，节能达70%以上。,三、LED芯片介绍,1、 LED芯片分类介绍 2、 不同结构LED芯片的性能简介 3、垂直结构LED芯片的制成,Led芯片的结构,LED芯片有两种基本结构，水平结构（Lateral）和垂直结构（Vertical）。横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧，电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的p-类型限
10、制层作为第二电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，极少横向流动的电流，可以改善平面结构的电流分布问题，提高发光效率，也可以解决P极的遮光问题，提升LED的发光面积。 制造垂直结构LED芯片技术主要有三种方法： 一、采用碳化硅基板生长GaN薄膜，优点是在相同操作电流条件下， 光衰少、寿命长，不足处是硅基板会吸光。 二、利用芯片黏合及剥离技术制造。优点是光衰少、寿命长，不足 处是须对LED表面进行处理以提高发光效率。 三、是采用异质基板如硅基板成长氮化镓LED磊晶层，优点是散热 好、易加工。,Chip Manufacturing Overview 芯片制作概述,晶柱 Silicon Ingo
11、t,晶圆 Wafer,光罩制作/光刻,离子植入,切割、封装,电镀,(Die,晶粒),(Chip,晶芯),蚀刻,Mask Making/ Photolithography,Ion Implantation,Assembly 亮度高：由于采用垂直结构，电流垂直流动，电流密度均匀， 耐冲击型强；同一尺寸芯片，发光面宽，亮度高。 光型好：85%以上光从正面发出，易封装，好配光； 唯一的缺点就是：不方便集成封装。若要集成封装，芯片需 做特殊处理。 我公司全部采用垂直结构的芯片。,水平型芯片性能介绍,水平型产品以普瑞芯片为代表，芯片的主要特点是： 光效一般：最高在 100 lmw左右； 电压高：蓝光在3.
12、44V； 热阻高：使用蓝宝石衬底导热性差。芯片本身的热阻在 46 C/W; 亮度一般：由于采用水平结构，电流横向动，电流密度不均，容易局 部烧坏；为弥补这一缺陷，在芯片的上表面做ITO.ITO将以 减少出光为代价。同一尺寸芯片，发光面窄，亮度低。 光利用率低：65%左右的光从正面发出，35%的光从侧面发出，靠反射来 达到出光，利用率低。 唯一的优点就是：便于集成封装。不过，它也是缺点，由于没解决好散 热，所以集成封装只有加速它的衰减，不可取。,垂直芯片剖析,垂直芯片的制成,垂直LED制造的方法,制造垂直结构LED芯片有两种基本方法： 一、剥离生长衬底； 二、不剥离生长衬底 。 其中生长在砷化镓
13、生长衬底上的垂直结构GaP基LED芯片有两种结构： 一、不剥离导电砷化镓生长衬底：在导电砷化镓生长衬底上层 迭导电DBR反射层，生长 GaP 基LED外延层在导电DBR反 射层上。 二、剥离砷化镓生长衬底：层迭反射层在GaP基LED外延层上， 键合导电支持衬底，剥离砷化镓衬底。导电支持衬底包括， 砷化镓衬底，磷化镓衬底，硅衬底，金属及合金等。,四、LED封装,1、LED封装图工艺 2、白光LED制造方法 3、白光LED色区的划分 4、 LED与传统灯具的对比,LED封装；,白光LED技术概况 自从出现发光二极管LED以来，人们一直在努力追求实现固体光源，随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和
14、新型材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发及应用，使发白色光的LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段。白光LED的出现，使高亮度LED应用领域跨足至高效率照明光源市场。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一。所谓白光是多种颜色混合而成的光，以人类眼睛所能见的白光形式至少须两种光混合，如二波长光(蓝色光+黄色光)或三波长光(蓝色光+绿色光+红色光)，目前已商品化的产品仅有二波长蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，在未来较被看好的是三波长光，以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，此外有机单层三波长型白光LED也有成本低、制作容易的优点。未来应用在取代荧光灯、
15、紧凑型节能荧光灯泡及LCD背光源等。,在技术方面白光LED目前主要分为两种发光方式:目前主要的商品化作法是日亚化学(Nichia)以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此一荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出肉眼所需的白光。白光LED开发基础在于蓝光技术，目前在蓝光LED技术方面仍以日亚化学领先，拥有众多专利权。第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差，但由于目前白光LED市场热销，仍呈现供不应由求现象。,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
16、波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；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。,白光LED的实现方法,白光LED的实现方法,一、配色，白平衡 白色是红绿蓝三色按亮度比例混
