LED是什么？看完你就懂了,LED知识介绍

1、2014.08.15照明知识大讲堂 LED基础知识篇产品基础产品基础LEDLED基础知识基础知识 3.LED光源的特性光源的特性 4.LED的发光原理的发光原理 5. LED芯片的芯片的结构结构 6.LED芯片的生产芯片的生产LED基础知识 2.LED优点和缺点优点和缺点 7.LED芯片芯片的种类的种类 8.LED的发展历史的发展历史2014.08.15 1. LED的初步认识的初步认识 11.LED的产业分布的产业分布 12.LED的关键参数的关键参数 10.LED的封装样式的封装样式 15.LED* 9. LED光效的比较光效的比较2014.08.15LED LED 是取自 Light E

2、mitting Diode 三个字的缩写，中文译为“发光二极管”，是一种可以将电能转化为光能的固态半导体电子器件，具有二极管的特性。LED的心脏是一个半导体的晶片。晶片主要由P型半导体和N型半导体组成，不同材料的P型和N形半导体经正向电流作用下会发出不同色彩的光（不同于白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，LED采用电场发光）LED的认识2014.08.15LED的优点LED的缺点1.节能,比白炽灯节能80%以上,比节能灯节能50%以上2.体积小，重量轻，不怕震动3.光效高，是白炽灯15m/w的8倍，是荧光灯50Lm/w的2倍多4.光色可选择，LED光源的发光颜色和色温都可以灵活应用5.方

3、向性好，LED发光角度可以灵活调整6.环保：没有节能灯所含的汞等有害物质7.冷光源无紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射。8.8.寿命长,寿命可达5万-10万小时比传统光源寿命长10-50倍以上9.响应速度快，纳秒级1.散热问题，LED在电致光的过程中另外一部分能量转化成热量，如无法及时散发出去，PN结的结温将会升高，加速芯片和封装树脂的老化，使芯片失效，影响LED的使用寿命与发光表现2.防水性能差，是户外使用的一个致命弱点 光源内部吸水后内部金属氧化影响输出或 产生内应力、荧光粉吸潮变色,光色漂移3.成本较高.光源.散热器.电源.高透灯罩/透镜/反射罩.四者成本集体推高LED成本4.需要驱动

4、器提供恒流电源，驱动器寿命是影响灯具寿命的重要因素5.半导体器件，对静电影响比较敏感，易被 静电击穿PN结导致漏电流或死灯LED的优缺点2014.08.15LED的发光原理当给PN结一个正向电压,PN结的内部电场被抵消，N型区的-电子和P型区的+空穴被推向PN结，在多量子阱内电子跟空穴复合，复合所产生的能量以光(有效复合)和热(无效复合)的形式释放，这就是LED发光的基本原理。(如果给PN结加反向电压，PN结的内部电场被增强，电子(负电荷粒子)以及空穴(正电荷离子)难以注入，故不发光)正向电流发光反向电流不发光2014.08.151.LED工作电压一般在2-3.9V之间。(不同光色的LED压降

5、不一样) 绿色绿色3.3-3.9V3.3-3.9V 蓝色蓝色、宝蓝色宝蓝色3.1-3.9V3.1-3.9V 红色红色、琥珀琥珀色色、橘红色橘红色、2.1-2.5V2.LED的工作电流会随着供应电压的变化而产生较大的波动，所以LED 一般要求工作在恒流驱动状态。3.LED具有单向导通的特性(电流只能从二极管的正极流入,负极流出)4.LED的光输出会因应其输入的电流而产生变化5.LED的光输出深受其工作温度的影响LED的特性2014.08.15LED各种光色的辐射功率各种光色的辐射功率LED的特性2014.08.15LEDLED的特性正向电流与正向电压的特性正向电流与正向电压2014.08.15L

6、EDLED的特性结温与辐射通量的特性结温与辐射通量2014.08.15LEDLED的特性正向电流与相对辐射通量的特性正向电流与相对辐射通量2014.08.15LED白光的组成白光的组成LED芯片是半导体发光器件LED的核心部件,它主要由砷(AS).铝(AL).镓(Ga).铟(IN).磷(P).氮(N).锶(i)这几种元素中的若干种组成。)2014.08.15 JHIGMNGABCEDFKLHL芯片也叫晶粒芯片也叫晶粒A A蓝宝石基板蓝宝石基板E EP P型接触型接触I I芯片芯片长度长度 M MP P电极直径电极直径B低温缓冲层F透明导电层J芯片宽度NN电极直径CN型接触GP极金属层K芯片高度

7、D发光层HN极金属层L电极厚度LED芯片的结构芯片的结构2014.08.15上游上游: :衬底、外延片、晶粒的生产衬底、外延片、晶粒的生产1.制造成单晶棒，再将单晶棒用钻石刀切成薄片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)长晶炉生长掏取晶棒滚磨品检切片研磨 倒角抛光清洗品检OK2.外延片生产利用MOCVD金属有机化学气相淀积等方法在单晶衬底在上面磊晶衬底 - 结构设计 - 缓冲层生长 - N型GaN层生长 - 多量子阱发光层生 - P型GaN层生长 退火 - 检测（荧光、X射线） - 外延片3.芯片生产在外延片上制作电极(PN电极)并对成品进行切割分选等外延片活化蚀刻蒸镀PN电极制作保护层上焊盘研磨抛

8、光点测切割扩张目检包装中游中游: : LEDLED芯片的芯片的封装封装1.上支架点底胶放芯片烘烤固晶金丝键合模具灌胶插支架离模后固化 切脚 测试光色分选包装(草帽管、食人鱼等)2.上支架点底胶放芯片烘烤固晶金丝键合点荧光胶外壳灌封测试光色 分选包装(大功率LED)下游下游:LED:LED光源的应用光源的应用光源模组、替代光源、灯具、灯条灯带、广告灯箱、灯光工程、家居装饰、显示屏、汽车尾灯植物生长、医疗、手机笔记本电视的背光源等等LED的生产过程2014.08.15GaAs/GaAsAlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAs850nm940nm红外线不可见光GaInN/Sapphire45

9、5nm485nm高亮度蓝GaInN/Sapphire490nm540nm高亮度蓝绿/绿AlGaInP/GaAs高亮度绿GaP/GaP555nm560nm绿AlGaInP/GaAs高亮度黄绿GaP/GaP569nm575nm黄绿AlGaInP/GaAs高亮度黄GaAsP/GaP585nm600nm黄AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm622nm橙AlGaInP/GaAs630nm645nm高亮度红AlGaAs/GaAs645nm655nm红可见光结构波长颜色类别LED的芯片种类2014.08.15LED的发展历史1907年，英国马可尼(Marconi)实验室的科学家Hen

10、ry Round第一次推论半导体PN结在一定的条件下可以发出光。这个发现奠定了LED被发明的物理基础。1927年，俄罗斯科学家奥列弗拉基洛谢夫（Oleg Vladimirovich Losev）独立制作了世界上第一颗LED，其研究成果曾先后在俄国、德国和英国的科 学杂志上发表，可惜当时并没有人理睬他。1955年，美国无线电公司（RadioCorporation of America）33岁的物理学家鲁宾布朗石泰（Rubin Braunstein）首次发现了砷化镓(GaAs)及其他半 导体合金的红外放射作用并在物理上实现了二极管的发光，可惜发出的光不是可见光而是红外线，但这个贡献也很大了。196

11、1年，德州仪器公司（TI）的科学家鲍勃布莱德（Bob Biard）和加里皮特曼（Gary Pittman）发现砷化镓在施加电子流时会释放红外光辐射。他们率先 生产出了用于商业用途的红外LED并获得了砷化镓红外二极管的发明专利。不久，红外LED就被广泛应用于传感及光电设备当中。1962年， 美国通用电气公司（GE）一名34岁的普通研究人员尼克何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）发明了可以发出红色可见光的LED，被称为“发光二极管之 父”，后来也获得了N多奖项。当时的LED还只能手工制造，而且每只的售价需要10美元。1963年，他离开通用电气公司，出任其母校美国伊利 诺大学电机工程系教授

12、，培养自己的接班人。1972年，何伦亚克的学生乔治克劳福德（M. George Craford）踏着前辈们的脚步发明了第一颗橙黄光LED，其亮度是先前红光LED的10倍，这标志着LED 向着提高发光效率方向迈出的第一步。20世纪70年代末期，LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色，但依然没有蓝色和白色光的LED。因为只有发明出蓝光LED才可能实现全彩色LED显示， 市场价值巨大，也是当时世界性的攻关难题。科学家们转而将重点放在了提高LED的发光效率上面。20世纪70年代中期，LED可产生绿、黄、橙色光时，发光效为1流明/瓦，到了20世纪80年代中期对砷化镓和磷化铝的使用使得第一代高亮度红、

13、黄、绿色 光LED诞生，发光效率已达到10流明/瓦。1993年，中村修二在日本日亚化学工业株式 会社(Nichia Corporation)就职期间，利用半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）发明了蓝光LED，在 蓝光LED出现之前，由于无法通过RGB系统合成白光，LED的光效、亮度也不高，LED无法应用于照明领域。因此在1995年中村修二采用铟氮化稼 又发明了绿光LED，在1998年利用红、绿、蓝三种LED制成白光LED，从此绿光与白光LED研制成功，标志着LED正式进入照明领域，是LED照明发 展最关键的里程碑。中中村修村修二被称为二被称为“蓝光、绿光、白光蓝光、绿光、白光LE

14、D之父之父” 1996年，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄 光互补而形成白光。蓝色和白色光LED的出现拓宽了LED的应用领域，使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。21世纪初，LED已经可以发出任何可见光谱颜色的光（还包括有红外线和紫外线）。其发光效率已经达到100流明/瓦以上.2014.08.151996年7月29日，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄光互补而形成白光。“蓝光、绿光、白

15、光蓝光、绿光、白光LED之父之父”中中村修二村修二中村修二是加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)工程学院材料系的教授。他于1993年在日本日亚化学工业株式 中 村 修 二 会社(Nichia Corporation)就职期间，利用半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）发明了蓝光LED，在蓝光LED出现之前，由于无法通过RGB系统合成白光，LED的光效、亮度也不高，LED无法应用于照明领域。因此在1995年中村修二采用铟氮化稼又发明了绿光LED，在1998年利用红、绿、蓝三种LED制成白光LED，从此绿光与白光LED研制成功，标志着LED正式进入照明领域，是LED照明发展最关键的里程碑

16、红光红光LED发明人发明人-Nick HolonyakJr. 尼克尼克奥隆尼亚克奥隆尼亚克在1962年发明LED的Nick Holonyak Jr.,他当时只是美国大厂通用电气公司(GE,又称为奇异)的一名普通研究人员,打造出了第一颗红光LED,在发明了LED后,在1963年离开GE回母校任教LED光源的几个关键性时间节点光源的几个关键性时间节点LED的发展历史2014.08.15LED的发展历史2014.08.15LED这几年的光效发展情况这几年的光效发展情况白光LED的发展LED光源的产业分布光源的产业分布2014.08.15 上游：做外延、芯片企业（如CREECREE、LUMILEDSL

17、UMILEDS、日亚、欧司朗、首尔、三星、LGLG、晶 元、奇力、亿光等企业）。其产品为“芯片”。 中游：主要是做封装的企业，有些是纯粹拿别的厂家芯片来封装；有些本身是芯片企 业自己做封装的。其产品为“LEDLED光源”。 下游：主要为应用行业，产品为LEDLED灯具。比如照明灯具厂家。芯片经过封装厂家做成LED光源，就是我们在灯具中需要应用的产品。 为了更专业区分芯片和为了更专业区分芯片和LEDLED光源光源，我们应该对，我们应该对LEDLED产品描述分为芯片和光源的两种说法产品描述分为芯片和光源的两种说法封装LED光源的封装结构2014.08.15LED的封装结构1. 环氧树脂封装工艺：优

18、点：密封性好、 抗震性强、 防护能力好、成本低 缺点：散热效果不佳、耐黄变能力弱、应力大、抗紫外能力弱,焊接温度过高易开裂.故主要作为普光LED外封胶2. 硅树脂封装工艺：优点：高折射率,高透光率,密封性能优于硅胶,散热能力 介于环氧树脂和硅胶之间,具有树脂和硅胶的部分特性缺点：应力较硅胶大，防潮或焊接不当易出现胶裂/分层硅树脂由于价格昂贵，主要作为高亮度级白光LED外封胶3. 硅胶封装工艺： 优点：热膨胀系数小,散热性能好、应力较小、紫光能力强、回流焊时不容易胶裂、耐黄变能力强 缺点：密封性不佳、防护能力弱、抗震性差,具有透氧透湿特性，用于户外时需对灯体结构进行二次防护 处理硅脂相对价格较贵

19、，主要作为对光衰有要求的白光LED封胶LED的常见封装样式LED基础知识2014.08.15 LAMP LED TOP LED HIGH POWER COB LED SIDE LED CHIP LED2014.08.15LED的相关指标的相关指标1、LED的光色：红.绿.蓝.黄.冷白.中性白.暖白等 2、LED的光通量3、LED的色温4、LED的电流5、LED的电压6、LED的发光角度（高指向性、标准型、散射型）7、LED的焊接方式8、LED的最高结温9、LED光源的热阻10、显色性（分忠实显色、效果显色）11、眩光（点光源，光集中，光强高）12、LED的使用寿命（5-10万小时，主要受发热影

20、响）LED基础知识2014.08.15LED与传统光源发光对比与传统光源发光对比白炽灯1510028001000卤钨灯2510030002000-5000普通荧光灯7070全系列10000三基色荧光灯9380-98全系列12000紧奏型荧光灯6085全系列8000高压汞灯50453300-43006000金属卤灯物灯75-9565-923000/4500/56006000-20000高压钠灯100-12023/60/851950/2200/250024000低压钠灯20085175028000高频无极灯50-70853000-400040000-800002014.08.15电流光色主波长正向

21、电压额定(V)最大(V)350 mA白色3.053.9350 mA宝蓝色450-465 nm 3.13.9350 mA蓝色465-485 nm 3.13.9350 mA绿色 520-535 nm3.93.9350 mA琥珀色585-595 nm2.12.5350 mA橘红色610-620 nm2.12.5350 mA红色 620-630 nm2.12.5500 mA琥珀色585-595 nm2.3700 mA白色3.3700 mA橘红色610-620 nm2.3700 mA红色620-630 nm2.31000 mA白色3.51000 mA宝蓝色450-465 nm 3.51000 mA蓝色4

22、65-485 nm 3.51000 mA绿色520-535 nm3.8LED的参数2014.08.15A.显示屏、交通讯号显示光源的应用。(利用LED抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等优点)LED的应用的应用B、汽车工业上的应用。汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部 的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。 利用LED长寿命、响应速度快的优点。C、LED背光源以高效侧发光的背光源。主要应用在LED背光源电视，LED光源投影机。 利用LED的广色 域、薄型、低功耗的优点。D、LED照明。利用LED光源节能省电的特点。E、装饰、指示。主要应用在玩具、装饰灯、服饰等。

23、利用LED体积小、无污染、色彩丰富、不易 碎破以及低压使用的安全性的优点。F、家用室内照明。利用LED省电、无污染、长寿命的优势。热的传递传导.对流.辐射2014.08.15LED光源的三大核心部份散热光源的三大核心部份散热LED不能加大输入功率的基本原因，是由于不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，在工作过程中会放出大量的热，使结使结温温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属能变化与衰减，非

24、辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数。甚至使功率的光电参数。甚至使功率LED失效。因此，对于失效。因此，对于LED器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。得日趋重要。2014.08.15LED光源的三大核心部份配光光源的三大核心部份配光配光可以控制灯具的照射范围，照射方向，估计有效安装高度、射程（当然跟光源有关系），照射范围里的大概照度如何、照明环境的布光效果等光线的基本定理：（1）独立传播定律（

25、2）直线传播定律（3）反射定律（4）折射定律（5）全反射定律（6）光路可逆现象主要构成的光学部分：LED光源、反射杯、透镜、导光板、扩散板等等所需参数：LED光源：光通量、光强分布、外形尺寸反射杯：材料表面特性（如反射率、吸收率、是镜面反射还是漫反射）、外形尺寸透镜：折射率、透光率、表面特性、外形尺寸2014.08.15LED光源的三大核心部份电源光源的三大核心部份电源LED灯具灯具LED 光源组件LED电气LED灯体（散热器）驱动器（+控制器）串联并联混联LED格栅/透镜2014.08.15LED光源的三大核心部份电源光源的三大核心部份电源LEDLED光源联接方式光源联接方式串联方式：串联方式：优点：流过优点：流过LEDLED的电流相等，保证亮度的一致性。的电流相等，保证亮度的一致性。 缺点：当某一缺点：当某一LEDLED品质不良断开后，串联在一起品质不良断开后，串联在一起 的的LEDLED将全部不亮。将全部不亮。并联方式：并联方式：优点优点：当某一：当某一LEDLED品质