LED是什么？看完你就懂了,LED知识介绍

2014.08.15照明知识大讲堂

LED基础知识篇产品基础－LED基础知识

3.LED光源的特性

4.LED的发光原理

5.LED芯片的结构

6.LED芯片的生产LED基础知识

2.LED优点和缺点

7.LED芯片的种类

8.LED的发展历史2014.08.151.

LED的初步认识

11.LED的产业分布

12.LED的关键参数

10.LED的封装样式

15.LED****9.

LED光效的比较2014.08.15LED是取自LightEmittingDiode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50

Lm/w的2倍多光色可选择，LED光源的发光颜色和色温都可以灵活应用方向性好，LED发光角度可以灵活调整环保：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.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压降不一样)绿色－3.3-3.9V蓝色、宝蓝色－3.1-3.9V红色、琥珀色、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LED的特性2014.08.15LED的特性－正向电流与正向电压2014.08.15LED的特性－结温与辐射通量2014.08.15LED的特性－正向电流与相对辐射通量2014.08.15LED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(Ｓi)这几种元素中的若干种组成。)2014.08.15JHIGMNGABCEDFKLHL芯片也叫晶粒A蓝宝石基板EP型接触I芯片长度

MP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D发光层HN极金属层L电极厚度LED芯片的结构2014.08.15上游: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－研磨抛光－点测－切割－扩张－目检－包装中游:

LED芯片的封装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:LED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/AlGaAs850nm~940nm红外线不可见光GaInN/Sapphire455nm~485nm高亮度蓝GaInN/Sapphire490nm~540nm高亮度蓝绿/绿AlGaInP/GaAs高亮度绿GaP/GaP555nm~560nm绿AlGaInP/GaAs高亮度黄绿GaP/GaP569nm~575nm黄绿AlGaInP/GaAs高亮度黄GaAsP/GaP585nm~600nm黄AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm~622nm橙AlGaInP/GaAs630nm~645nm高亮度红AlGaAs/GaAs645nm~655nm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HenryRound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（OlegVladimirovichLosev）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（RadioCorporationofAmerica）33岁的物理学家鲁宾·布朗石泰（RubinBraunstein）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。1961年，德州仪器公司（TI）的科学家鲍勃·布莱德（BobBiard）和加里·皮特曼（GaryPittman）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（NickHolonyakJr.）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，培养自己的接班人。1972年，何伦亚克的学生乔治·克劳福德（M.GeorgeCraford）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、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(NichiaCorporation)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。中村修二被称为“蓝光、绿光、白光LED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、白光LED之父”中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(NichiaCorporation)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红光LED发明人---NickHolonyakJr.

尼克·奥隆尼亚克在1962年发明LED的NickHolonyakJr.,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白光LED的发展LED光源的产业分布2014.08.15◆上游：做外延、芯片企业（如CREE、LUMILEDS、日亚、欧司朗、首尔、三星、LG、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“LED光源”。◆下游：主要为应用行业，产品为LED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LED光源，我们应该对LED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，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

LAMPLED

TOPLED

HIGHPOWER

COBLED

SIDELED

CHIPLED2014.08.15LED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，主要受发热影响）LED基础知识2014.08.15LED与传统光源发光对比光源种类光效（lm/w）显色指数（Ra）色温（K）平均寿命（G）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50-70853000-400040000-80000LED50~33350~952600-100005000002014.08.15电流光色主波长正向电压额定(V)最大(V)350mA白色3.053.9350mA宝蓝色450-465nm3.13.9350mA蓝色465-485nm3.13.9350mA绿色520-535nm3.93.9350mA琥珀色585-595nm2.12.5350mA橘红色610-620nm2.12.5350mA红色620-630nm2.12.5500mA琥珀色585-595nm2.3

700mA白色3.3

700mA橘红色610-620nm2.3

700mA红色620-630nm2.3

1000mA白色3.5

1000mA宝蓝色450-465nm3.51000mA蓝色465-485nm3.51000mA绿色520-535nm3.8

LED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。

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LED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，使结温迅速上升，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LED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得日趋重要。2014.08.15LED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（2）直线传播定律（3）