LED半导体照明-显示基础知识

LED照明/显示基础知识

第一章LED照明基础知识..........................................................................4

1、半导体照明的概念.........................................................................4

2、LED基本发光原理..........................................................................4

3、LED光源的特点............................................................................6

4、LED的优点................................................................................7

5、LED发展历史..............................................................................8

6、LED显示屏常用术语解释....................................................................9

7、LED极限参数的意义.......................................................................21

8,LED的分类...............................................................................22

9、LED的适用范围和各类应用................................................................26

10、LED产业链分布..........................................................................28

11、LED发展现状............................................................................29

12、LED发展趋势............................................................................30

总结：LED照明设计..........................................................................30

第二章LED衬底材料的基本知识...................................................................31

1、LED衬底的概念和作用.....................................................................31

2、LED衬底材料的种类.......................................................................32

3、LED衬底选择的原则.......................................................................36

4、LED衬底的工艺流程.......................................................................37

第三章LED外延片基础知识.......................................................................39

1、LED外延生长的概念和原理................................................................39

2、LED外延片衬底材料选择特点..............................................................39

3、LED外延片衬底材料种类..................................................................40

4、LED外延片生长工艺.......................................................................44

第四章LED芯片基础知识.........................................................................49

1、LED芯片的概念...........................................................................49

2、LED芯片的组成元素.......................................................................50

3、LED芯片的分类...........................................................................50

4、LED芯片特性表（详见下表介绍）..........................................................54

5、LED芯片的工艺流程.......................................................................55

第五章LED封装基本知识.........................................................................67

1、LED封装的概念...........................................................................67

2、LED封装的分类...........................................................................69

3、LED封装工艺流程.........................................................................75

4、LED封装器件的性能.......................................................................81

5、提高LED发光效率的技术...................................................................83

第六章白光LED的基础知识.......................................................................87

1、白光LED的概念...........................................................................87

2、白光LED发光原理.........................................................................88

3、白光LED技术指标.........................................................................90

4、白光LED技术难点.........................................................................91

5、大功率白光LED的封装技术研究............................................................92

第七章LED应用的基础知识......................................................................102

1、信息显示...............................................................................102

2、交通信号灯.............................................................................109

3、汽车用灯...............................................................................110

4、LED背光源..............................................................................114

5、半导体照明.............................................................................117

第一章LED照明基础知识

1、半导体照明的概念

又名LED照明。

LED(LightingEmittingDiode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发

光材料•，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、

白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。

2、LED基本发光原理

LED是由in-W族化合物，如GaAs（神化线）、GaP（磷化镁）、GaAsP（磷神化铁）等半导体制成的，这些半导体

材料会预先透过注入或搀杂等工艺以产生P、N架构。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿

特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流

向p、n架构。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的模式释放出能量。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复

合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴

复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由

于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数阿以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长入与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即

X=1240/Eg（mm）

式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nni紫光〜780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26

〜1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本

、价格很高，使用不普遍。

它所发出的光的波长（决定颜色），是由组成P、n架构的半导体物料的禁带能量决定。由于硅和错是间接带隙材

料，在这些材料在常温下电子与空穴的复合是非辐light射跃迁，

此类跃迁没有释出光子，所以硅和错二极管不能发光。但在

极低温的特定温度下则会发光，必须在特殊角度下才可发

现，而该发光的亮度不明显。发光二极管所用的材料都是

直接带隙型的，这些禁带能量对应着近红外线、可P-tjpeActiveregionN-type见光、或

近紫外线波段的光能量。

发展初期，采用神化像（GaAs）的发光二极管只能发出红外线或红光。随着材料科学的进步，各种颜色的发光二

极管，现今皆可制造。电流从LED阳极流向阴极时，调节电流，便可调节光的强度。如右图所示。图1：LED

发光原理图

不同颜色的LED,所使用的不同的元素

紫外

图2：LED颜色和元素对应图

3、LED光源的特点

1）电压：led使用低压电源，供电电压在6-24v之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全

的电源，特别适用于公共场所。

2）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

3）适用性：很小，每个单元led小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环

境

4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，led灯的响应时间为纳秒级

6）对环境污染：无有害金属汞

7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿

兰橙多色发光。如小电流时为红色的led,随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色

8）价格：led的价格比较昂贵，较之于白炽灯，儿只led的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信

号灯需由上300〜500只二极管构成

4、LED的优点

1）高节能

节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100幅相同照明效果比

传统光源节能80%以上。

2）寿命长

LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存

在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

3）多变幻

LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生

256X256X256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

4）利环保

环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染

不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。红光LED含有大量的As（神），剧毒。

5)高新尖

与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处

理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升

级，灵活多变的特点。

6)体积小

LED基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。

7)高亮度、低热量

比HID或白炽灯更少的热辐射。

5、LED发展历史

1)1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，效率0.llm/W,比白炽灯低100倍，售价45$/只。

2)1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出

红光、橙光和黄色光。

3)1971年，GaP绿色芯片LED。

用途：指示用，长寿命10万小时，可靠

4)80年代AlGaAs技术使得LED效率达到10流明/瓦，90年代的AlGalnP技术使得LED效率达到100流明/瓦。

用途：显示，信号用。用于室外的运动信息发布以及汽车的高位刹车灯。

5)1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度蓝色发光二极管。

用途：由于蓝光LED的出现，人们首次实现红黄蓝LED的全色显示，从90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场

所开始应用LED大屏幕显示。6.1997年，中村修二和美国人修博特先后研制出了GaN蓝色发光二极管激发黄光荧光粉得

到白光LED,效率不足10Ini/W,

6)2000年，日亚报道了15lm/W白光LED。

7)2003年，日亚报道的光效达到60lm/W,2006年3月，其光效达到100lm/W。

8)2006年7月，Cree公司报道了130lm/W白光LED。

9)2006年11月，日亚报道的光效达到150lm/W,其效率已经超过节能灯，实现了真正意义上的照明。

10)2007年3月，美国CREE公司光效达到157lm/W,目前LED的效率向200Lm/W前进。

6、LED显示屏常用术语解释

1)LED的颜色

LED的颜色是一个很重要的一项指标,是每一个LED相关灯具产品必须标明，目前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色

,青色,黄色，白色,暖白,琥珀色等其它的颜色。

全球第一颗LED采用的材料是种(As)化铉(Ga),工作电压为1.424V,其发出的光线为红外光谱。之后，业界发展

出以磷(P)化铉(Ga)作为LED的材料-，工作电压为2.261V,发出的光为绿光。业界早期就透过这2种型态LED所需的材料

，调配出从红外线到绿色光范围内所有波长的LED产品，发展出常见的红光LED、黄光LED、橙光LED等等，这3大类LED

因为使用了钱、种、磷3种元素，故被称为3元素LED,而蓝光LED、绿光LED与红外光LED则被称为2元素LED。业界后来

发展出采用I混合铝(A1)、钙(Ca)、锢(In)和氮(N)共4种元素的4元素LED,就能够发出所有可见光范围与部份紫外线

光谱的光线.

2）LED的电流

LED的正向极限（IF）电流多在20mA,而且LED的光衰电流不能大于IF/3,大约15mA和18mA..LED的发光强度仅在一

定范围内与IF成正比，当IF>20mA时，亮度的增强己经无法用内眼分出来.因此LED的工作电流一般选在17T9MA左右比

较合理.前面所针对是普通小功率LED（0.04-0.08W）之间的LED而言，但大功率的LED就必须查其规格。

3）LED的电压

我们通常所说的是LED的正向电压,就是说LED的正极接电源正极，负极接电源负极.电压与颜色有关系，红、黄、

黄绿的电压是L8-2.4v之间。白、蓝、翠绿的电压是3.0-3.6v之间,可能同样一批LED的电压会有一些差异,，要根据厂

家提供的为准.在外界温度升高时，VF将下降。

LED的反向电压VR:所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

4）LE发光强度（I、Intensity）

简称光度，指光源的明亮程度。是说从光源个立体角（单位为Sr）所放射出来的光通量，也就是光源或照明灯

具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度，也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。

单位是坎德拉cd；lOOOucd（微坎德拉）=1med（毫坎德拉），1000mcd=lcd（也称烛光）.

发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发

射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述

。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件卜被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电

都用这个参数。现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是med,1000mcd=lcd,因此15000mcd就是

15cd„之所以LED用毫cd（med）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光

强度才0.005cd,因此才用med表示，用发光强度来表示“亮度”的缺点是如果管芯完全一样的两个LED,会聚程度好

的发光强度就高。因此，还要看照射角度。很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角

度变窄来实现。

室内用单只LED的光强•般为500ucd-50med,而户外用单只LED的光强一般应为100med-1000med,甚至1000med

以上。

发光强度为led的光源可放射出12.571m光通量。

5）光通量（F,Flux）

为一光源所放射出光能量的速率或光的流动速率，为说明光源发光的能力的基本量，即光源每秒钟所发出的可见

光量之总和。单位：流明（Lm：Lumen）„

这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多对

于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则F=4nl（n为发光角度）。也就是说，若光源

的I为led,则总光通量为4n=12.56lm»

人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄

绿光，1W=6831m,也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也

是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因

为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光

、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。常用白光LED流明举例：0.06Wf3-5LM,0.2W-13-15LM,1W-60-80LM

O

一个］00瓦（w）的灯泡可产生17501m,而一支40w冷白日光灯管则可产生31501m的光通量。

6）照度（E,Iluminance）单位勒克斯即lx（以前叫lux）

即受照平面上接受光通量的密度，可用每一单位面积的光通量来测量。11m的光通量均匀分布在1平方公尺（m2）

的表面，即产生1勒克新（LUX,IX）的照度11m的光通量落在1平方英尺（ft2）的表面，其照度值为1尺烛光（Footcandle

,fC）。桌面、工作面的照度不应少于1501X。起居室的照明采用光线柔合的半直接型照明灯具较理想，其平均照度

应达到1001X左右。阅读和书写用的灯具功率可大些，照度应达到2001X。

7）亮度

亮度是指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度。单位：尼特（nit）

8）光效

光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标，是以其所发出光的流明除以其耗电量所得之

值。单位：每瓦流明（Lm/w）-

光源效率（Lm/w）=流明（Lm）/耗电量（W）也就是每一瓦电力所发出光的量，其数值越高表示光源的效率越高

,也越为节能。所以效率通常是我们经常要考虑的一个重要的因素。

9）波长

光的色彩强弱变化，是可以通过数据来描述，这种数据叫波长。我们能见到的光的波长，范围在380至780nm之间

。单位：纳米（nm）

波长分类:

Bt科、箍皿

3

图3：波长分类图

Wavelength(nm)RELATIVEINTENSITYVsWAVELENGTH(M)

1-^430nm/Blue,470nm/Blue6—*655nm/Red

2—568nm/YellowGreen7—660nm/superRed

3一585nm/Yellow8—^7OOnm/BrightRed

4—*61Onm/Amper9fGaAlAs880nm

5—*635nm/Orange10-^GaAs/GaAs&GaAlAs/GaAs940nm

10)显色性

光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；通常叫做〃显色指数〃，单位：Rao光源的

显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜

色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我

们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100,各类光源的显色指数各不相同，如

：高压钠灯显色指数Ra=23,荧光灯管显色指数Ra=60~90。显色分两种：忠实显色：能正确表现物质本来的颜色

需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100,显色性最好。

色坐标(CIE)：

0.9

0.8

0.7

0.6-'

♦>

0.5

0.4

0.3

0.2

0.10.20.304050.60.7

图4：色坐标图

11）色温

光源发射光的颜色与黑体在某一温度F辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。单位：开尔文（k）。

色温究竟是指什么？我们知道，通常人眼所见到的光线，是由光的三原色（红绿蓝）组成的7种色光的光谱所组

成。色温就是专门用来量度光线的颜色成分的。

用以计算光线颜色成分的方法，是19世纪末山英国物理学家洛德•凯尔文所创立的，他制定出了一整套色温计算

法，而其具体界定的标准是基于以一黑体辐射器所发出来的波长。

凯尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量

全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到的热力相当于500

—550℃时，就会变成暗红色，达到1050—1150℃时，就变成黄色……因而，光源的颜色成分是与该黑体所受的热力

温度相对应的。只不过色温是用凯尔文（°K、也就是绝对温度）的色温单位来表示，而不是用摄氏温度（°C）单位表

示的。在加热铁块的过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是黑体理论的最好例子。当黑体受到的热力使它

能够放出光谱中的全部可见光波时，它就由红转变橙黄色、黄色最后变成白色，通常我们所用灯泡内的铝丝就相当于

这个黑体。色温计算法就是根据以上原理，用。K来表示受热鸨丝所放射出光线的色温。根据这一原理，任何光线的

色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”。

颜色实际上是一种心理物理上的作用。所有颜色印象的产生，是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应，所以色温

只是用来表示颜色的视觉印象。摄影人都知道：有光才有色，没有光就没有色。

彩色胶片的设计，一般是根据能够真实地记录出某一特定色温的光源照明来进行的，分为5500°K日光型、3200

°K灯光型等多种。因而，摄影家必须懂得采用与光源色温相同的彩色胶卷，才会得到准确的色彩再现。如果光源的

色温与胶卷的色温互相不平衡，就不会对色彩进行准确的还原。这时，我们就要靠滤光镜来提升或降低光源的色温，

使曝光条件与胶卷拟定的色温相匹配，才会有准确的色彩再现。而数码照相机、摄像机等要求进行白平衡调整，实际

上也就是对数码机器进行拍摄环境的基础色温定位。目的是同样的：为了色彩的准确再现。

如何准确地进行色温定位？这就需要使用到“色温计”啦。一般情况下，正午10点至下午2点，晴朗无云的天空

,在没有太阳直射光的情况下，标准日光大约在5200~5500。K。新闻摄影灯的色温在3200°K；一般铝丝灯、照相馆

拍摄黑白照片使用的鸨丝灯以及一般的普通灯泡光的色温大约在2800°K；由于色温偏低，所以在这种情况下拍摄的

照片扩印出来以后会感到色彩偏黄色。而一般日光灯的色温在7200、8500。K左右，所以在日光灯下拍摄的相片会偏青

色。这都是因为拍摄环境的色温与拍摄机器设定的色温不对造成的。一般在扩印机上可以进行调整。但如果拍摄现场

有日光灯也有铝丝灯的情况，我们成为混合光源，这种片子很难进行调整。

不同光源环境的相关色温度。

光源色温

北方晴空8000-8500k

阴天6500-7500k

夏日正午阳光5500k

金属卤化物灯4000-4600k

下午日光4000k

冷色莹光灯4000-5000k

rWj压汞灯3450-3750k

暖色营光灯2500-3000k

卤素灯3000k

铝丝灯2700k

高压钠灯1950-2250k

蜡烛光2000k

光源色温不同，光色也不同，色温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在3000k-5000k为中间色

温,有爽快的感觉；色温在5000k以上有冷的感觉。

12）眩光

视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，所造成的视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。

13）发光角度

二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制，有三大类：

A指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。发光角度5。~20。或更小，具有很高

的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

B准型。通常作指示灯用，其发光角度为20°~45。。

C散射型。这是视角较大的指示灯，发光角度为45°~90°或更大，散射剂的量较大。

LED的发光角度是LED应用产品的重要参数。

14、同步性

两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的方式运行，一般指内控方式的LED灯，同步性是LED灯

实现协调变化的基本要求。

15）防护等级

IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级，由两个数字所组成，第一个数字代表灯具防尘、防止外

物侵人的等级（分0-6级），第二个数字代表灯具防湿气、防水侵人的密封程度（分0-8级），数字越大表示其防护等

级越高。

16）光谱

光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图

案。

光波是由原子内部运动的电子产生的.各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同.

研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学.

吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产

生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受

热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线。这就是钠原子

的吸收光谱.值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应.这

表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光.因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子

的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少.

在我们眼里大部分光源所发出的光皆通称为白光，实际上肉眼看上去的不同光源所发出的白光会因色温的高低而

呈现不同的颜色。光色愈偏蓝，色温愈高偏红则色温愈低。人的眼睛有时会被自己的感觉所愚弄，感到差异不大，

但在我们拍摄照片上，可以看到最直接的效果，比如在晴空下拍摄的照片，可能会发蓝发冷，而在灯光下拍摄的照片

（不打开闪光灯），会呈现明显暖调的橙红色。

17）色表

是指人眼直接观察光源时所看到的颜色。街道高压钠灯发出的光既亮且白，但当看到被照射的人的面孔时显表灰

色，这说明高压钠灯的色表并不差，但显色性不好。

18）平均寿命

指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位：小时（h）。

19）经济寿命

在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。室外的光源为70%,室

内的光源为80%。

20）LED象素模块

LED排列成矩阵或笔段，预制成标准大小的模块。室内显示屏常用的有8*8象素模块、8字7段数码模块。户外显示

屏象素模块有4*4、8*8、8*16象素等规格。户外显示屏用的象素模块因为其每•象素由两只以上LED管束组成，固又

称其为集管束模块。

21）象素（Pixel）与象素直径

LED显示屏中每一个可被单独控制的LED发光单元（点）称为象素（或象元）。象素直径4是指每一象素的直径，单位

是毫米。

对于室内显示屏，•般一个为单个LED,外形为圆形。室内显示屏象素直径校常见的有03.0、@3.75、$5.0、

少8.0等，其中以#3.75和『5.0最多。

在户外环境，为提高亮度，增加视距，•个象素含有两只以上集束LED；由于两只以上集束LED一般不为圆形，固

户外显示屏象素直径一般用两两象素平均间距表示：口10、口11.5、口16、口22、口25。

22）点间距、象素密度与信息容量

LED显示屏的两两象素的中心距或点间距（DotPitch）；单位面积内象素的数量称为象素密度；单位面积内所含

显示内容的数量称为信息容量。这三者本质是描述同一概念：点间距是从两两象素间的距离来反映象素密度，点间距

和象素密度是显示屏的物理属性；信息容量则是象素密度的信息承载能力的数量单位。

点间距越小，象素密度越高，信息容量越多，适合观看的距离越近。

点间距越大，象素密度越低，信息容量越少，适合观看的距离越远。

23）分辨率

LED显示屏象素的行列数称为LED显示屏的分辨率。分辨率是显示屏的象素总量，它决定了一台显示屏的信息容量

O

24）灰度

灰度是指象素发光明暗变化的程度，•种基色的灰度一般有8级至1024级。例如，若每种基色的灰度为256级，对

于双基色彩色屏，其显示颜色为256X256=64K色，亦称该屏为256色显示屏。

25）双基色

现今大多数彩色LED显示屏是双基色彩色屏，即每一个象素有两个LED管芯：一为红光管芯，一为绿光管芯。红光

管芯亮时该象素为红色，绿光管芯亮时该象素为绿色，红绿两管芯同时亮时则该象素为黄色。其中红，绿称为基色。

26）全彩色

红绿双基色再加上蓝基色，三种基色就构成全彩色。由于构成全彩色的蓝色管和纯绿色管芯较贵，故目前全彩色

屏相对较少。

卜面为主要的LED照明需要的性能指标:

符

名称单位说明

号

光通量①流明Lm发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量

坎德

光强Icd发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量

拉

勒克

照度ELm/m2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量

斯

亮度L尼脱cd/m2发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量

光效每瓦流明Lm/w电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示

平均寿

小时指一批灯至百分之五十的数量损坏时的小时数

命

在同时考虑灯的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一

经济寿特定的小时数。

小时

命此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分

之八十。

7、LED极限参数的意义

1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。

2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。

3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

4）工作环境topni:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作

,效率大大降低。

8、LED的分类

1）按发光管发光颜色分

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。

根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透

明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。

2）按发光管出光面特征分

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62mm

、04.4mm、65mm、④8mm、610mm及620mm等。

国外通常用“T”，代表“Tube”，表示管状的灯管直径，T后面的数字表示灯管直径；T8就是有8个“T”，一个

“T”就是1/8英寸。

1英寸=25.4mm。那么每一个“T”就是25.4+8=3.175mm

如：T8灯管：T8灯管的直径就是（8/8）X25.4=25.4mm[T8的刚好是直径一英寸的灯管]

3）从发光强度角分布图来分有三类:

（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5。〜20°或更小，具

有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°〜45°。

（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°〜90°或更大，散射剂的量较大。

4）按发光二极管的结构分

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）按发光强度和工作电流分

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度lOmcd）；把发光强度在10〜lOOmcd间的叫高亮度发光二极

管。达到或超过lOOmcd的称超高亮度。

一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

6）按照封装式样和用途分

★SMD^LED

SMD是目前LED最新的发展，目前主要被应用于3c科技商品上，如手机屏幕背光源.音响背光源.手机按键光源.汽

车面板背光源.电器按键讯号灯等应用上，照射角度大所以光束能够均匀扩散，但是制作成本极高！

表面贴装二极管或表面贴装元器件都是他的叫法，这个里面也有多中类别：

按形状大小分：0603、0805、1210、5060、1010等等，一般SMD都是菱形的，所以其叫法都是根据长*宽的尺寸来

叫，行业善用的都是英寸，不是毫米，也有用毫米叫的，不如1608（1.6*0.8mm）等。

发光颜色和胶体的种类和LAMPLED产品一样，只是产品的形状发生了很大的变化。

★LAMP型LED

LAMP的体积大且照射角度较小因而光束为聚光型，主要应用在户外广告牌.指示灯.电器讯号灯.交通号志灯。

有叫它P2产品的、也有叫它插件LED的，不管怎么样只要是直插式的都归与…种。而LED种类里面还有很多种类:

按胶体形状分：3mm>4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等；

按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射等；

按颜色分：红色（red）、橙色（orange）、黄色（yellow）、黄绿色（greenyellow）,绿色（green）、蓝

绿色（bluegreen）、蓝色（blue）、紫色（pink）、紫外线（uv）、白色（white）、红外线等等;

★食人鱼型LED

食人鱼则是兼具了SMD及LAMP的优点，且照射角度也比LAMP大，加上防水技术成熟，且拥有高亮度、省电力、长

寿命的特性，可对应汽车室内灯较大之车种，超优质量超低价格」成为目前市场上最物美价廉的最佳车内照明选择,

而因技术一成熟所以制作成本较SMD便宜，目前均被广泛的应用在汽车照明系统，物超所值所以深受开车族的喜爱。

这个是因LED的发光效率不能满足汽车使用其要求，所以就开发了这个产品，是小功率产品，其驱动电流一般在

50MA、一般LED用的20MA,最高电流可以达到70mA,就是因为其散热比较好，一般用在汽车后尾灯。

★大功率（powerled）

现有照明的LED产品,它有以下分类：

按功率分：lw、3w、5w、等等

按顶部发光透镜分:平头、聚光、酒杯形状等

按工艺还有铝基板的和防luminous的。

★数码管（Display）

最早用在来做显示屏和数码显示用的：

按外形分：1位、2位、3位、4位等等

表面颜色：灰面黑胶的、也有黑面白胶的，等等

极性：共阴、共阳

颜色也和LAMPLED一样可以做很多种类。

★点阵（LEDDotMatrix）

这个产品和数码管差不多，都是应用在信息显示的。其间距和孔的直径有改变都是不同的产品，现在一般分5*7

和8*8的，其颜色有单色、双色、三基色的等等。

按颜色分：单红，单绿，双基色，三基色等；

按孔的直径分：①2.0,①3.0,03.75,①5.0等；

按点数分：5*7,8*8,16*16等

还有一些其它的产品：如像素管（cluster）、测光源（LEDSideLightSource）＞红外线接收和发射产品（Infrared

&Photodiode）等等。

红外线（IRLED）—＞三元芯片（GaAlAs/GaAs）,波长940nm,工作电压/电流1.3V/50mA,遥控器用的比较多。

红外线（IRLED）—＞三元芯片（GaAlAs）,波长850nm,工作电压/电流1.5V/50mA,红外线监视器辅助照明。

正红光LED—>三元芯片(GaAlAs),波长660nm,工作电压/电流1.7~2.0V/20mA,亮度较低，衰减快，用途少。

红光LED—>四元芯片(AlGalnP),波长630nm,工作电压/电流1.8~2.2V/20mA,亮度高，寿命长，一般用来取代

正红光，用途有红绿灯的红灯、汽机车尾灯煞车灯、全彩LED广告牌的红光……等。

橘光LED—>四元芯片(AlGalnP),波长610nm,工作电压/电流1.8~2.2V/20mA,亮度高但用途少。

黄光LED—>四元芯片(AlGalnP),波长592nm,工作电压/电流1.8~2.2V/20mA,亮度高，寿命长，用途有红绿灯

的黄灯、汽机车方向灯....等。

黄绿光LED—>四元芯片(AlGalnP),波长570nm,工作电压/电流1.8~2.2V/20mA,亮度较低但用途不少，计算机

机壳电源灯、红绿双色字幕机...等。

草绿光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波长525nm,工作电压/电流3.0~3.6V/20mA,亮度高，用途大部分是全彩

LED广告牌的绿光。

绿光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波长515nm,工作电压/电流3.0~3.6V/20mA,亮度高，•般用途。

青绿光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波长525nm,工作电压/电流3.0~3.6V/20mA,亮度高，大部分用在红绿灯

的绿灯。

蓝光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波长470nm,工作电压/电流3.0~3.6V/20mA,亮度高，用途很广，包括全彩

LED广告牌的蓝光。

白光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),工作电压/电流3.0~3.6V/20mA,亮度高寿命长，光色稳定不闪烁，现在已经

可以做小区域照明之用，明年开始将会全面取代中小型LCD面板的冷阴极管当背光源。

9、LED的适用范围和各类应用

LED照明灯具里，底灯，吊灯，投射灯等装饰用，反射用途的LED照明灯具可以完全胜任于任何场合，包括美术馆

,博物馆等对颜色度要求较高的场所。但是对于商场，写字楼等大规模设施来说，作为大范围照明的LED灯具虽然已

经诞生，但是其指向性（LED芯片发出的光是直线，发散性不好）太高，造成大面积内设计平均的照度很困难。灯管型

LED照明灯具排列过密，设计成本过高，失去节能效果。因此，现阶段装饰用途场合，LED照明灯具完全可用，大面积

室内照明还不成熟。

分类材料应用领域

家电、信息产品、通讯产品、消

传统亮度GaP、GaAsP、AlGaAs

费性电子产品

可见光LED

AlGalnP（红、橙、黄光）大型广告牌、交通号志、背光源

(450~780nm

、汽车第三煞车灯

)

高亮度GalnN（蓝、绿光）

GaInN+萤光粉（白光）照明用

LED的应用主要可分为三大类：LCD屏背光、LED照明、LED显示。

1）小尺寸1.5寸到3.5寸LCD屏的背光：

例如手机、PDA、MP3/4等便携设备的LCD屏都需要LED来背光。

2）7寸LCD屏的背光（如数码相框）：

3）大尺寸LCD屏的背光（如LCDTV/Monitor＞笔记本电脑）：

目前大部分LCDTV/Monitor,笔记本电脑的LCD屏是采用的CCFL荧光灯管做背光，因CCFL寿命、环保等不利原因

目前正朝向采用LED背光发展。按LCD屏的尺寸大小一般需要数十个到上百个白光LED做背光，而其LED驱动IC市场潜力

将会很大。

4)LED手电筒：

小功率LED手电筒、强光LED手电筒、LED矿灯。

5)LED草地灯：

6)LED照明:

照明经过白炽灯、II光灯，到现在比较普遍的节能灯，再下个阶段应该就是LED照明灯的普及了，这里需要超高

亮度的LED,超长寿命、极低功耗将是LED灯很大的优势，同时成本考虑也是一个关键。

7)LED显示:

我们在公交车、地铁里都能看到各样的LED字幕显示屏，并且在户外也有不少大屏幕LED点阵显示屏幕，从远处看

就是•个比较清晰的超大屏幕电视机。这里需要用到专用的LED显示控制芯片。

10、LED产业链分布

晶片：单晶棒（蓝宝石、碳化硅）一单晶片衬底一在衬底上生长外延层f外延片

成品：单晶片（衬底），外延片

制程：金属蒸镀一光罩蚀刻一热处理（正负电极制作）一切割一测试分选

成品：芯片

封装：芯片粘结一焊接引线一树脂封装一剪脚

成品：LED灯泡和组件

11、LED发展现状

当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产

品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED

为代表的新型照明光源时代。

中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯

片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了

上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及

北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。

目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应

用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用

产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明

发展最快，己有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。

2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。

当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与

技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。

12、LED发展趋势

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、

显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上-一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的

技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹

计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。多年来，LED照明以其

节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷纷出台相关政策和举措加快LED灯具的发展；大众消费者

也对这种环保新型的照明产品渴求已久。但是，由于投入在技术和推广上的成本居高不下，使得令万千消费者翘首

以待的LED照明产品一直可望而不可及，迟迟未能揭开其神秘的贵族面纱！

随着国内部分厂家技术和生产成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。价廉物美的LED照明产品，将

给中国照明行业带来革命性的冲击，为广大消费者带来光明的福音！

总结：LED照明设计

LED照明灯具备受期待的原因就是节能、