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III—V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 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=2.9979×108m/s，光的速度、频率与波长之间的关系为：c=λν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380~780nm(1nm＝10-9m)的电磁波，作用 于人眼能产生视觉，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(780~630nm)、橙(630~600nm)、黄(600~570nm)、绿(570~490nm)、青(490~450nm)、蓝(450~430nm)和紫(430~380nm)等七种单色光。
将可见光按波长从380~780nm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=hνh=6.62×10-34J.S，为普朗克常数光子所具有的能量hν是频率为ν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hν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．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λ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=1.38×10﹣﹣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烧属于化 学反应半 导 体 照 明 技 术3）光致发光：由光、紫外线、X射线等激发而引起的发光。
如荧光灯是由汞蒸气产生的紫外线激发荧光粉而发光的4）阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光，如电视机 的显像管5）电致发光：直接由电能转变为光能a、气体或伴随气体放电而发光，如霓虹灯和各种放电灯 b、加交流或直流电场于硫化锌等粉末材料而发光，如场 致发光板c、在磷化镓、磷砷化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等一类半导 体PN结处注入载流子时的发光，如通常的发光二极管半 导 体 照 明 技 术2、光的传播（1）光的反射光从一种介质传播到另一种介质时，有一部分或全部从分界面 射回原来的介质，这种现象叫做光的反射在光的反射中，光的传播方向和能量可能发生变化，但光的频 率是不会改变的2）光的折射光从一种介质射入另一种介质时， 若光的入射方向不是垂直于上述两种介 质分界面，则在分界面将有一部分光被 反射回原来的介质，另一部分将射人另 一种介质中，但传播方向改变了，这种 现象称为光的折射图1-3 光的发射和折射半 导 体 照 明 技 术光在其介质中传播速度较高(折射率小)的媒质被称为光疏媒质，而传播速度较低(折射率大)的称为光密媒质。
当光从光疏媒质射入光密媒质时(n1＜n2)，折射角θ2将小于入 射角θ1。