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1、第一章?LED：Light Emitting Diode ?发光二极管?利用固体半导体芯片作为发光材料，当其两端加正向电压时，半导体中的载流子复合，放出过剩的能量，引起光子发射，产生可见光。2. LED 的产业分布?LED 的产业链?上游：主要是LED灯内部的衬底材料和外延片研发生产。?中游： LED芯片的制备?下游：主要是LED的封装和应用领域LED 的产业分布?美国和日本在LED新产品和新技术领域拥有创新优势，主要从事最高附加值产品的生产。?欧洲在 LED 应用技术开发和最新技术转换方面拥有优势，其产品的附加值较高。?台湾最近 10 年迅速崛起，在LED芯片产品和封装产量方面占据世界第一。
2、?LED 优点：功耗低?在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。?缺点：发光效率低、散热不好、成本过高等问题只有 0.38 0.78 m 的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。?光纤的结构?光纤 (Optic Fiber) ，是光导纤维的简称，它能够将进入光纤一端的光线传送到光纤的另一端。?光纤是一种多层介质结构的对称柱体光学纤维，它一般由纤芯、包层、涂覆层与护套层构成。?纤芯多为石英玻璃，材料主体为二氧化硅，其中掺杂其他微量元素，以提高纤芯的折射率。包层主体为二氧化硅，折射率低于纤芯。全反射 - 光纤?对于光纤，由于纤芯与包层的折射率均为常数，因此光在光纤内的传播途径为折
3、线，如图所示。?由于纤芯折射率大于包层折射率，即n1n2，因此折射角大于入射角，即21。随着入射角1 的增大，折射角2 随之增大。当折射角2=90 时，折射消失，入射光线全部被反射，从而发生全反射。光纤的传光原理?根据折射定律，满足全反射条件的最小入射角C为? sinc=n2/n1 (7-1) ?当入射角1C时，光线不再进入包层，而是在光纤内不断反射并向前传播，直至从光纤的另一端射出，即光纤的传光原理。光线从外界介质射入纤芯后，能够实现全反射的最大入射角0(称为张角 )应满足n0sin0称为数值孔径，光的基本度量单位光通量 ,光通量的单位为流明(简写 lm), 发光强度 . 单位为坎德拉 (c
4、d). 光照度 E , 光照度的单位是勒克斯，是英文lux 的音译，也可写为lx。光出射度 M 亮度 L，单位为坎 /米2（cd/m2）。发光效率（光效）允许功耗 Pm 最大正向直流电流IFm 最大反向电压VRm 工作环境 topm 光谱半宽度 正向工作电流If 正向工作电压VF 正向电压 VF正向电流 IF反向漏电流 IR工作时的耗散功率PD 最大允许耗散功率Pmax最大允许工作电流IFM反向击穿电压 VR1） LED 基本结构2） LED 的单向导通性LED 发光的颜色由半导体的种类决定，不同种类的半导体具有不同的禁带宽度Eg。电子、空穴复合释放的能量由禁带宽度Eg 决定。要产生可见光（波
5、长在380nm 紫光 780nm 红光），半导体材料的Eg 应在 3.26 eV 1.63eV 之间，比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光等各种颜色的LED。4.LED 的分类与常见器件形式1） 按发光颜色分类按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。2） 按出光面特征分类按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为 2mm 、 4.4mm 、 5mm 、 8mm 、 10mm及 20mm等。3） 按发光强度角分类1. 高指向性2. 标准型3
6、. 散射型4） 按发光二极管的结构分类按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。5.白光 LED 的种类、实现方法与结构?蓝光 LED+不同色光荧光粉?紫外光或紫光（ 300 400nm ）LED+RGB荧光粉?利用三基色原理将RGB三种超高亮度 LED 混合生成白光白光 LED 的实现方法第一种方法是 ：在蓝色 LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本Nichia 公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差， 难以满足低色温照明的
7、要求。同时发光效率还不够高，需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。第二种方法是 ：在蓝色 LED芯片上涂敷绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光。该类产品虽显色性较好，但所用荧光粉的转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高，因此推广也较慢。第三种方法 ：在紫光或紫外光LED 芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光（370nm 380nm ）或紫光（ 380nm 410nm ）来激发荧光粉，从而实现白光发射。该种LED 的显色性更好，但存在与第二种方法类似的问题，且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系。这类荧光粉发
8、光稳定性差、光衰较大，故还没批量使用。其他方法：在特殊的场合，白光LED 还有其他几种封装方法。这里简单的介绍一下：第一种 ：将红、蓝、绿三芯片封装在一起，按照一定的比例对其光色进行控制，混出白光。第二种 ：实现方法是用红、蓝、绿、黄四芯片混出白光。白光 LED 的两种基本方式?单芯片型?多芯片型芯片数激发源发光材料发光原理蓝光 LED InGaN （铟氮化 稼） /YAGInGaN 的蓝光与 YAG 的黄光混合成白光蓝光 LED InGaN 荧光粉InGaN 的蓝光激发 红、绿、蓝三基色荧 光粉发出白光1蓝光 LED ZnSe（硒化锌）由薄膜层发出的蓝光 和在基板上激发出的 黄光混合成白光紫
9、外光 LED InGaN 荧光粉InGaN 的紫外光激发 红、绿、蓝三基色荧 光粉发出白光2蓝光 LED 黄绿 LEDInGaN. GaP将具有补色关系的两 种芯片封装在一起制 成白光 LED3蓝光 LED 绿光 LED 红光 LEDInGaN. AlInGaP将发三原色的三种芯 片封装在一起制成白 光 LED多个多种光色的 LEDInGaN.GaP.AlInGaP将遍布可见光区的多 种光芯片封装在一起 制成白光 LED第二章对 LED 芯片外延材料的基本要求及选择考虑通常有以下几点：1.要求有合适的带隙宽度Eg 2.可获得高电导率的P 型和 N 型晶体，以制备优良的PN 结为使 P区和 N
10、区有足够高的电导率，通常要求掺杂浓度不小于1*1017/cm3选择迁移率高的材料3.可获得完整性好的优良晶体晶体的晶格缺陷和外来杂质会形成复合中心，影响器件的发光效率。4.发光复合概率大采用直接间隙型的半导体材料来制备LED 导带底和价带顶在空间内相同点的情况下因为直接能隙半导体材料中的电子、空穴复合时，没有动量的改变，则不需要第三者参与，故能量都可以发光的形式释放出来发光强度大。2.几种主要的外延材料1）AlInGaP 外延材料。可以实现：红光（625nm ）、橙光（ 611nm ）和黄光（ 590nm ）的发射。2）GaN 外延材料制备白光LED的基石。 问题：晶格适配度较大。3 ）AlI
11、nGaN 外延材料，蓝光发射的宽禁带半导体材料4 ）AIGaAs 外延材料，红光5 ）其他新型外延材料，制备高效紫光发光器件的候选材料1 优化芯片发光层能带结构1） 双异质结 2） 量子阱结构2.提高光引出效率的芯片技术1）在芯片与电极之间加入厚窗口层在芯片和电极之间引入折射率更低的厚窗口层，可以有效扩大光引出角锥，提高光效率。3) 双反射 (DR) 和分布式布拉格反射(DBR)结构 （ 比传统结构亮度增大2 倍）4) 倒装芯片 (Flip-chip) 技术倒装芯片优点：（1）避开电极遮光的问题（2）解决了蓝宝石散热的问题（3）增加静电放电保护回路5 ) 表面粗糙化纹理结构（表面粗糙化的主要作
12、用是增加透射率）6) 异形芯片技术封装的作用将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是保护芯片和完成电气互连。功能： 1,保护芯片不受外界环境的影响 2,提高器件导热能力 3, 提高出光效率常用的 LED 芯片封装方式包括：引脚式封装平面式封装表贴封装食人鱼封装功率型封装3 白光 LED 的实现方法1）荧光粉转换 (PC) LED 2)三基色荧光粉转换(PC) LED 3）多芯片 (MC)白光 LED（三基色 RGB 合成）LED 的结温热阻2.采用微通道制冷的LED 1) 硅基微通道致冷器的基本结构及其研究结果2) 微通道致冷器技术第三章4. LED 的其他电学参数在高频电路中使用LED 时
13、，还要考虑以下两个因素：结电容 Cj 响应时间：上升时间tr，下降时间 tf 当 LED 接在高频电路中使用时，要考虑到结电容和上升、下降时间，否则 LED无法正常工作。2 LED 电学参数的测量1)大功率 LED的测试2) 插件式单颗 LED（功率为 0.2W ）的测试3）贴片式单颗 LED（功率为 1W）的测试4)LED 的极性判别及其简易测试第四章2 常用的 LED 电源驱动方案LED电源一般有多种方案驱动，但无论使用哪种电源驱动方案，一般都不能直接给 LED供电。根据供电电压的高低，可以将LED电源驱动器分成：1）低压驱动（ 0.81.65V ）2 ）过渡电压驱动（ 4V）3 ）高压驱
14、动（高于5V）4 ）市电驱动常用的 LED 电源驱动方案1）低压驱动（ 0.81.65V ）应用：便携式电子产品功能：驱动小功率或中功率的白光LED（LED 手电筒、 LED应急灯、节能台灯等）技术：电荷泵式升压变换器2 ）过渡电压驱动（ 4V ）功能：给 LED供电的电源电压值在LED管压降附件变动，这个电压有时可能略高于 LED的管压降，有时可能略低于LED的管压降。（两节串联的铅酸蓄电池，满电量时电压在4V 以上，电路快用完时在3V 以下）应用： LED矿灯技术：既要解决升压问题又要解决降压问题。反极性电荷泵式变换器3）高压驱动（高于5V）功能：给 LED供电的电压始终高于LED的管压降
15、，由稳压电源或蓄电池供电应用：太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、机动车的灯光系统技术：解决降压问题串联开关降压电路4）市电驱动功能：直接由市电供电或相应的高压直流电进行供电，是LED照明应用中最有价值的供电方式应用：大功率白光LED 技术：解决降压和整流问题降压式 DC/DC 转换器驱动电路桥式变换电路3 LED 显示驱动方式1）静态显示驱动法每一个 LED灯分别对应一个独立的I/O 驱动口，其点亮和关闭由该I/O驱动口来对其进行控制，互不干扰。2）动态显示驱动法2 LED 全部串联方式优点：通过每个 LED的工作电流相等，一般应串入限流电阻R，要求 LED驱动器输出较高的电压。当 LED一致性差别
16、大时，由于通过每只LED的电流相同，故各LED的亮度一致。3 LED 全部并联方式并联设计基于低驱动电压，无需带电感的升压电路。并联设计具有低电磁干扰、低噪声和高效率等特点，且容错性较强。避免了串联设计中，一只LED发生故障时就会导致整个照明子系统失效。缺点：（1）由于每只 LED之间的特性参数存在一定的差别，且LED的正向电压会随温度的上升而下降，不同LED 散热条件差别会引起工作电流的差别。散热条件较差的LED 温升越大，正向电压下降得越快，造成工作电流上升，而工作电流的上升又会引起温度的剧升，如此循环导致LED烧毁。（2）当 LED一致性差别较大时，通过每只LED的电流不一致， LED的亮度也不同。4 LED 混联方式如果将所有的 LED串联，需要 LED驱动器输出较高的电压；如果所有LED并联，需要 LED驱动器输出较大的电流。限制 LED的使用量，并使驱动器成本增加。解决办法：采用混连结构，每
