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led照明/顯示基礎知識第一章 led照明基礎知識1、半導體照明的概念2、led基本發光原理3、led光源的特點4、led的優點5、led發展歷史6、led顯示幕常用術語解釋7、led極限參數的意義8、led的分類9、led的適用範圍和各類應用10、led產業鏈分佈11、led發展現狀12、led發展趨勢總結：led照明設計第二章 led襯底材料的基本知識1、led襯底的概念和作用2、led襯底材料的種類3、led襯底選擇的原則4、led襯底的工藝流程第三章 led外延片基礎知識1、led外延生長的概念和原理2、led外延片襯底材料選擇特點3、led外延片襯底材料種類4、led外延片生長工藝第四章 led晶片基礎知識1、led晶片的概念2、led晶片的組成元素3、led晶片的分類4、led晶片特性表5、led晶片的工藝流程第五章 led封裝基本知識1、led封裝的概念2、led封裝的分類3、led封裝工藝流程4、led封裝器件的性能5、提高led發光效率的技術第六章 白光led的基礎知識1、白光led的概念2、白光led發光原理3、白光led技術指標4、白光led技術難點5、大功率白光led的封裝技術研究第七章 led應用的基礎知識1、資訊顯示2、交通信號燈3、汽車用燈4、led背光源5、半導體照明第一章 led照明基礎知識1、半導體照明的概念又名led照明。led（lighting emitting diode）即發光二極體，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體晶片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生複合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。led照明產品就是利用led作為光源製造出來的照明器具。2、led基本發光原理led是由-族化合物，如gaas（砷化鎵）、gap（磷化鎵）、gaasp（磷砷化鎵）等半導體製成的，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。因此它具有一般p-n結的i-n特性，即正嚮導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。假設發光是在p區中發生的，那麼注入的電子與價帶空穴直接複合而發光，或者先被發光中心捕獲後，再與空穴複合發光。除了這種發光複合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介於導帶、介帶中間附近）捕獲，而後再與空穴複合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的複合量相對於非發光複合量的比例越大，光量子效率越高。由於複合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近pn結面數m以內產生。 理論和實踐證明，光的峰值波長與發光區域的半導體材料禁帶寬度eg有關，即 1240/eg（mm）式中eg的單位為電子伏特（ev）。若能產生可見光（波長在380nm紫光780nm紅光），半導體材料的eg應在3.261.63ev之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極體，但其中藍光二極體成本、價格很高，使用不普遍。它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與空穴的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。發展初期，採用砷化鎵（gaas）的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。電流從led 陽極流向陰極時，調節電流，便可調節光的強度。 如右圖所示。 圖1：led發光原理圖不同顏色的led,所使用的不同的元素圖 2：led顏色和元素對應圖3、led光源的特點1）電壓： led使用低壓電源，供電電壓在6-24v之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。2）效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80% 3）適用性：很小，每個單元 led小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，並且適合於易變的環境 4）穩定性： 10萬小時，光衰為初始的50% 5）回應時間：其白熾燈的回應時間為毫秒級， led燈的回應時間為納秒級6）對環境污染：無有害金屬汞 7）顏色：改變電流可以變色，發光二極體方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的 led，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色8）價格：led的價格比較昂貴，較之於白熾燈，幾隻led的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上300500只二極體構成 4、led的優點1）高節能節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。 2）壽命長led光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有鬆動的部分，不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。 3）多變幻led光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在電腦技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合，即可產生25625625616777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。4）利環保環保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬於典型的綠色照明光源。紅光led含有大量的as（砷），劇毒。5）高新尖與傳統光源單調的發光效果相比，led光源是低壓微電子產品，成功融合了電腦技術、網路通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數位資訊化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有線上編程，無限升級，靈活多變的特點。6）體積小led基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂裏面，所以它非常的小，非常的輕。7）高亮度、低熱量比hid或白熾燈更少的熱輻射。5、led發展歷史1）1965年，全球第一款商用化發光二極體誕生 ，效率0.1lm/w,比白熾燈低100倍，售價45$/只。2）1968年，led的研發取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使gaasp器件的效率達到了1流明/瓦，並且能夠發出紅光、橙光和黃色光。3）1971年，gap綠色晶片led。用途：指示用，長壽命10萬小時，可靠4）80年代algaas技術使得led效率達到10流明/瓦，90年代的algainp技術使得led效率達到100流明/瓦。用途：顯示，信號用。用於室外的運動資訊發佈以及汽車的高位刹車燈。5）1994年，中村修二研製出了第一隻gan基高亮度藍色發光二極體。用途：由於藍光led的出現，人們首次實現紅黃藍led的全色顯示，從90年代中期開始，許多廣告、體育和娛樂場所開始應用led大螢幕顯示。6.1997年，中村修二和美國人修博特先後研製出了gan藍色發光二極體激發黃光螢光粉得到白光led，效率不足10 lm/w。6）2000年，日亞報導了15 lm/w白光led。7）2003年，日亞報導的光效達到60 lm/w， 2006年3月，其光效達到100 lm/w。8）2006年7月，cree公司報導了130 lm/w白光led。9）2006年11月，日亞報導的光效達到150 lm/w，其效率已經超過節能燈，實現了真正意義上的照明。10）2007年3月，美國cree公司光效達到157 lm/w，目前led的效率向200 lm/w前進。6、led顯示幕常用術語解釋1）led的顏色led的顏色是一個很重要的一項指標,是每一個led相關燈具產品必須標明,目前led的顏色主要有紅色,綠色,藍色,青色,黃色,白色,暖白,琥珀色等其他的顏色。全球第一顆led採用的材料是砷(as) 化鎵(ga)，工作電壓為1.424v，其發出的光線為紅外光譜。之後，業界發展出以磷(p)化鎵(ga)作為led的材料，工作電壓為2.261v，發出的光為綠光。業界早期就透過這2種型態led所需的材料，調配出從紅外線到綠色光範圍內所有波長的led產品，發展出常見的紅光led、黃光led、橙光led等等，這3大類led因為使用了鎵、砷、磷3種元素，故被稱為3元素led，而藍光led、綠光led與紅外光led則被稱為2元素led。業界後來發展出採用混合鋁(al)、鈣(ca) 、銦(in)和氮(n)共4種元素的4元素led，就能夠發出所有可見光範圍與部份紫外線光譜的光線。2）led的電流led的正向極限(if) 電流多在20ma,而且led的光衰電流不能大於if/3,大約15ma和18ma.led的發光強度僅在一定範圍內與if成正比,當if20ma時,亮度的增強已經無法用內眼分出來.因此led的工作電流一般選在17-19ma左右比較合理.前面所針對是普通小功率led(0.04-0.08w)之間的led而言,但大功率的led就必須查其規格。3）led的電壓我們通常所說的是led的正向電壓,就是說led的正極接電源正極,負極接電源負極. 電壓與顏色有關係，紅、黃、黃綠的電壓是1.8-2.4v之間。白、藍、翠綠的電壓是3.0-3.6v之間,可能同樣一批led的電壓會有一些差異,要根據廠家提供的為准. 在外界溫度升高時，vf將下降。led的反向電壓vr:所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極體可能被擊穿損壞。4）le發光強度（i、intensity）簡稱光度，指光源的明亮程度。是說從光源一個立體角（單位為sr）所放射出來的光通量，也就是光源或照明燈具所發出的光通量在空間選定方向上分佈密度，也即表示光源在一定方向和範圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德拉）, 1000mcd=1 cd（也稱燭光）.發光強度是針對點光源而言的，或者發光體的大小與照射距離相比比較小的場合。這個量是表明發光體在空間發射的會聚能力的。可以說，發光強度就是描述了光源到底有多“亮”，因為它是光功率與會聚能力的一個共同的描述。發光強度越大，光源看起來就越亮，同時在相同條件下被該光源照射後的物體也就越亮，因此，早些時候描述手電筒都用這個參數。現在led也用這個單位來描述，比如某led是15000 的，單位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。之所以led用毫cd（mcd）而不直接用cd來表示，是因為以前最早led比較暗，比如1984 年標準5mm的led其發光強度才0.005cd，因此才用mcd表示，用發光強度來表示“亮度”的缺點是如果管芯完全一樣的兩個led，會聚程度好的發光強度就高。因此，還要看照射角度。很多高i值的led並非提高自身的發射效率來達到，而是把鏡頭加長照射角度變窄來實現。室內用單只led的光強一般為500ucd-50 mcd，而戶外用單只led的光強一般應為100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。發光強度為1cd的光源可放射出l2.57lm光通量。5）光通量（f，flux）為一光源所放射出光能量的速率或光的流動速率，為說明光源發光的能力的基本量，即光源每秒鐘所發出的可見光量之總和。單位：流明（lm：lumen）。這個量是對光源而言，是描述光源發光總量的大小的，與光功率等價。光源的光通量越大，則發出的光線越多對於各向同性的光（即光源的光線向四面八方以相同的密度發射），則 f = 4i(為發光角度)。也就是說，若光源的i為1cd，則總光通量為4 =12.56 lm。人眼對不同顏色的光的感覺是不同的，此感覺決定了光通量與光功率的換算關係。對於人眼最敏感的555nm的黃綠光，1w = 683 lm，也就是說，1w的功率全部轉換成波長為555nm的光，為683 流明。這個是最大的光轉換效率，也是定標值，因為人眼對555nm的光最敏感。對於其他顏色的光，比如650nm的紅色，1w的光僅相當於73 流明，這是因為人眼對紅光不敏感的原因。對於白色光，要看情況了，因為很多不同的光譜結構的光都是白色的。例如led的白光、電視上的白光以及日光就差別很大，光譜不同。常用白光led 流明舉例：0.06w3-5lm, 0.2w13-15lm,1w60-80lm。一個l00瓦 （w）的燈泡可產生l750lm，而一支40w冷白日光燈管則可產生3l50lm的光通量。6）照度（e，i luminance）單位勒克斯即lx（以前叫lux）即受照平面上接受光通量的密度，可用每一單位面積的光通量來測量。1lm的光通量均勻分佈在l平方公尺（m2）的表面，即產生1勒克新（lux，lx）的照度1lm的光通量落在l平方英尺（ft2）的表面，其照度值為l尺燭光（foot candle，fc）。桌面、工作面的照度不應少於150lx。起居室的照明採用光線柔合的半直接型照明燈具較理想，其平均照度應達到l00lx左右。閱讀和書寫用的燈具功率可大些，照度應達到200lx。7）亮度亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發光強度。單位：尼特（nit）8）光效光源發出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節能的重要指標，是以其所發出光的流明除以其耗電量所得之值。單位：每瓦流明（lm/w）。光源效率（lm/w）=流明（lm）/耗電量（w）也就是每一瓦電力所發出光的量，其數值越高表示光源的效率越高，也越為節能。所以效率通常是我們經常要考慮的一個重要的因素。9）波長光的色彩強弱變化，是可以通過資料來描述，這種資料叫波長。我們能見到的光的波長，範圍在380至780nm之間。單位：納米（nm） 波長分類：圖 3：波長分類圖wavelength(nm)relative intensity vs wavelength ()1 430nm/blue, 470nm/blue 2 568nm/yellow green 3 585nm/yellow4 610nm/amper5 635nm/orange 6 655nm/red7 660nm/super red8 700nm/bright red 9 gaalas 880nm10 gaas/gaas & gaalas/gaas 940nm10）顯色性光源對物體本身顏色呈現的程度稱為顯色性，也就是顏色逼真的程度；通常叫做顯色指數，單位：ra。光源的顯色性是由顯色指數來表明，它表示物體在光下顏色比基準光（太陽光）照明時顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。顯色性高的光源對顏色表現較好，我們所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對顏色表現較差，我們所見到的顏色偏差也較大。國際照明委員會 cie 把太陽的顯色指數定為 100 ，各類光源的顯色指數各不相同，如：高壓鈉燈顯色指數 ra=23 ，螢光燈管顯色指數 ra=6090 。 顯色分兩種：忠實顯色：能正確表現物質本來的顏色需使用顯色指數 (ra) 高的光源，其數值接近100 ，顯色性最好。色座標（cie）：圖 4：色座標圖11）色溫光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。 單位：開爾文（k）。色溫究競是指什麼? 我們知道，通常人眼所見到的光線，是由光的三原色（紅綠藍）組成的7種色光的光譜所組成。色溫就是專門用來量度光線的顏色成分的。用以計算光線顏色成分的方法，是19世紀末由英國物理學家洛德凱爾文所創立的，他制定出了一整套色溫計演算法，而其具體界定的標準是基於以一黑體輻射器所發出來的波長。凱爾文認為，假定某一純黑物體，能夠將落在其上的所有熱量吸收，而沒有損失，同時又能夠將熱量生成的能量全部以“光”的形式釋放出來的話，它便會因受到熱力的高低而變成不同的顏色。例如，當黑體受到的熱力相當於500550時，就會變成暗紅色，達到1050一1150時，就變成黃色因而，光源的顏色成分是與該黑體所受的熱力溫度相對應的。只不過色溫是用凱爾文(k、也就是絕對溫度)的色溫單位來表示，而不是用攝氏溫度（）單位表示的。在加熱鐵塊的過程中，黑色的鐵在爐溫中逐漸變成紅色，這便是黑體理論的最好例子。當黑體受到的熱力使它能夠放出光譜中的全部可見光波時，它就由紅轉變橙黃色、黃色最後變成白色，通常我們所用燈泡內的鎢絲就相當於這個黑體。色溫計演算法就是根據以上原理，用k來表示受熱鎢絲所放射出光線的色溫。根據這一原理，任何光線的色溫是相當於上述黑體散發出同樣顏色時所受到的“溫度”。顏色實際上是一種心理物理上的作用。所有顏色印象的產生，是由於時斷時續的光譜在眼睛上的反應，所以色溫只是用來表示顏色的視覺印象。攝影人都知道：有光才有色，沒有光就沒有色。彩色膠片的設計，一般是根據能夠真實地記錄出某一特定色溫的光源照明來進行的，分為5500 k日光型、3200 k燈光型等多種。因而，攝影家必須懂得採用與光源色溫相同的彩色膠捲，才會得到準確的色彩再現。如果光源的色溫與膠捲的色溫互相不平衡，就不會對色彩進行準確的還原。這時，我們就要靠濾光鏡來提升或降低光源的色溫，使曝光條件與膠捲擬定的色溫相匹配，才會有準確的色彩再現。而數碼照相機、攝像機等要求進行白平衡調整，實際上也就是對數碼機器進行拍攝環境的基礎色溫定位。目的是同樣的：為了色彩的準確再現。如何準確地進行色溫定位？這就需要使用到“色溫計”啦。一般情況下，正午10點至下午2點，晴朗無雲的天空，在沒有太陽直射光的情況下，標準日光大約在52005500k。新聞攝影燈的色溫在3200k；一般鎢絲燈、照相館拍攝黑白照片使用的鎢絲燈以及一般的普通燈泡光的色溫大約在2800k；由於色溫偏低，所以在這種情況下拍攝的照片擴印出來以後會感到色彩偏黃色。而一般日光燈的色溫在72008500k左右，所以在日光燈下拍攝的相片會偏青色。這都是因為拍攝環境的色溫與拍攝機器設定的色溫不對造成的。一般在擴印機上可以進行調整。但如果拍攝現場有日光燈也有鎢絲燈的情況，我們成為混合光源，這種片子很難進行調整。不同光源環境的相關色溫度。光源 色溫北方晴空 8000-8500k陰天 6500-7500k夏日正午陽光5500k金屬鹵化物燈 4000-4600k下午日光4000k冷色瑩光燈 4000-5000k高壓汞燈 3450-3750k暖色營光燈2500-3000k鹵素燈 3000k鎢絲燈 2700k高壓鈉燈1950-2250k蠟燭光2000k光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000k 以下有溫暖的感覺，達到穩重的氣氛；色溫在3000k-5000k 為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000k 以上有冷的感覺。12）眩光視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，所造成的視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明品質的重要因素。13）發光角度二極體發光角度也就是其光線散射角度，主要靠二極體生產時加散射劑來控制，有三大類：a指向性。一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。發光角度520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。b准型。通常作指示燈用，其發光角度為2045。c散射型。這是視角較大的指示燈，發光角度為4590或更大，散射劑的量較大。led 的發光角度是led 應用產品的重要參數。14、同步性兩個或兩個以上led燈在不規定時間內能正常按程式設定的方式運行，一般指內控方式的led燈，同步性是led燈實現協調變化的基本要求。15）防護等級ip防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級，由兩個數字所組成，第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級（分0-6級），第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級），數字越大表示其防護等級越高。16）光譜光譜是複色光經過色散系統（如棱鏡、光柵）分光後，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。光波是由原子內部運動的電子產生的各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發射的光波也不同研究不同物質的發光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科光譜學吸收光譜高溫物體發出的白光（其中包含連續分佈的一切波長的光）通過物質時，某些波長的光被物質吸收後產生的光譜，叫做吸收光譜。例如，讓弧光燈發出的白光通過溫度較低的鈉氣（在酒精燈的燈心上放一些食鹽，食鹽受熱分解就會產生鈉氣），然後用分光鏡來觀察，就會看到在連續光譜的背景中有兩條挨得很近的暗線。這就是鈉原子的吸收光譜值得注意的是，各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發射光譜中的一條明線相對應這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發出的光因此，吸收光譜中的譜線（暗線），也是原子的特徵譜線，只是通常在吸收光譜中看到的特徵譜線比明線光譜中的少在我們眼裏大部分光源所發出的光皆通稱為白光，實際上肉眼看上去的不同光源所發出的白光會因色溫的高低而呈現不同的顏色。光色愈偏藍，色溫愈高 偏紅則色溫愈低。人的眼睛有時會被自己的感覺所愚弄，感到差異不大，但在我們拍攝照片上，可以看到最直接的效果，比如在睛空下拍攝的照片，可能會發藍發冷，而在燈光下拍攝的照片（不打開閃光燈），會呈現明顯暖調的橙紅色。17）色表是指人眼直接觀察光源時所看到的顏色。街道高壓鈉燈發出的光既亮且白，但當看到被照射的人的面孔時顯表灰色，這說明高壓鈉燈的色表並不差，但顯色性不好。18）平均壽命指一批燈至50%的數量損壞時的小時數。單位：小時（h）。19）經濟壽命在同時考慮燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時數。室外的光源為70%，室內的光源為80%。20）led象素模組led排列成矩陣或筆段，預製成標準大小的模組。室內顯示幕常用的有8*8象素模組、8字7段數碼模組。戶外顯示幕象素模組有4*4、8*8、8*16象素等規格。戶外顯示幕用的象素模組因為其每一象素由兩隻以上led管束組成，固又稱其為集管束模組。21）象素(pixel)與象素直徑led顯示幕中每一個可被單獨控制的led發光單元(點)稱為象素(或象元)。象素直徑是指每一象素的直徑，單位是毫米。對於室內顯示幕，一般一個為單個led，外形為圓形。室內顯示幕象素直徑校常見的有3.0、3.75、5.0、8.0等，其中以3.75和5.0最多。在戶外環境，為提高亮度，增加視距，一個象素含有兩隻以上集束led；由於兩隻以上集束led一般不為圓形，固戶外顯示幕象素直徑一般用兩兩象素平均間距表示：10、11.5、16、22、25。22）點間距、象素密度與資訊容量led 顯示幕的兩兩象素的中心距或點間距(dot pitch)；單位面積內象素的數量稱為象素密度；單位面積內所含顯示內容的數量稱為資訊容量。這三者本質是描述同一概念：點間距是從兩兩象素間的距離來反映象素密度，點間距和象素密度是顯示幕的物理屬性；資訊容量則是象素密度的資訊承載能力的數量單位。點間距越小，象素密度越高，資訊容量越多，適合觀看的距離越近。點間距越大，象素密度越低，資訊容量越少，適合觀看的距離越遠。23）解析度led顯示幕象素的行列數稱為led顯示幕的解析度。解析度是顯示幕的象素總量，它決定了一台顯示幕的資訊容量。24）灰度灰度是指象素發光明暗變化的程度，一種基色的灰度一般有8級至1024級。例如，若每種基色的灰度為256級，對於雙基色彩色屏，其顯示顏色為256256=64k色，亦稱該屏為256色顯示幕。25）雙基色現今大多數彩色led顯示幕是雙基色彩色屏，即每一個象素有兩個led管芯：一為紅光管芯，一為綠光管芯。紅光管芯亮時該象素為紅色，綠光管芯亮時該象素為綠色，紅綠兩管芯同時亮時則該象素為黃色。其中紅，綠稱為基色。26）全彩色紅綠雙基色再加上藍基色，三種基色就構成全彩色。由於構成全彩色的藍色管和純綠色管芯較貴，故目前全彩色屏相對較少。下面為主要的led照明需要的性能指標：名稱符 號單 位說 明光通量流明lm發光體每秒種所發出的光量之總和，即光通量光強i坎德拉cd發光體在特定方向單位立體角內所發射的光通量照度e勒克斯lm/m2 發光體照射在被照物體單位面積上的光通量亮度l尼脫cd/m2發光體在特定方向單位立體角單位面積內的光通量 光效每瓦流明lm/w電光源將電能轉化為光的能力，以發出的光通量除以耗電量來表示 平均壽命小時指一批燈至百分之五十的數量損壞時的小時數 經濟壽命小時在同時考慮燈的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至一特定的小時數。此比例用於室外的光源為百分之七十，用於室內的光源如日光燈則為百分之八十。 7、led極限參數的意義1）允許功耗pm:允許加于led兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，led發熱、損壞。2）最大正向直流電流ifm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極體。3）最大反向電壓vrm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極體可能被擊穿損壞。4）工作環境topm:發光二極體可正常工作的環境溫度範圍。低於或高於此溫度範圍，發光二極體將不能正常工作，效率大大降低。8、led的分類1）按發光管發光顏色分按發光管發光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發光二極體中包含二種或三種顏色的晶片。根據發光二極體出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發光二極體還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發光二極體和達於做指示燈用。2）按發光管出光面特徵分按發光管出光面特徵分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。國外通常用“t”，代表“tube”，表示管狀的燈管直徑，t後面的數字表示燈管直徑；t8就是有8個“t”，一個“t”就是1/8英寸。1英寸=25.4mm。那麼每一個“t”就是25.483.175mm如：t8燈管：t8燈管的直徑就是(8/8)25.425.4mm t8的剛好是直徑一英寸的燈管3）從發光強度角分佈圖來分有三類：（1）高指向性。一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。（2）標準型。通常作指示燈用，其半值角為2045。（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為4590或更大，散射劑的量較大。4）按發光二極體的結構分按發光二極體的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。5）按發光強度和工作電流分按發光強度和工作電流分有普通亮度的led（發光強度10mcd）；把發光強度在10100mcd間的叫高亮度發光二極體。達到或超過100mcd 的稱超高亮度。一般led的工作電流在十幾ma至幾十ma，而低電流led的工作電流在2ma以下（亮度與普通發光管相同）。6）按照封裝式樣和用途分smd型ledsmd是目前led最新的發展，目前主要被應用於3c科技商品上，如手機螢幕背光源.音響背光源.手機按鍵光源.汽車面板背光源.電器按鍵訊號燈等應用上，照射角度大所以光束能夠均勻擴散，但是製作成本極高!表面貼裝二極體或表面貼裝元器件都是他的叫法，這個裏面也有多中類別：按形狀大小分：0603、0805、1210、5060、1010等等，一般smd都是菱形的，所以其叫法都是根據長*寬的尺寸來叫，行業善用的都是英寸，不是毫米，也有用毫米叫的，不如1608（1.6*0.8mm)等。發光顏色和膠體的種類和lamp led產品一樣，只是產品的形狀發生了很大的變化。lamp型ledlamp的體積大且照射角度較小因而光束為聚光型，主要應用在戶外看板.指示燈.電器訊號燈.交通號誌燈。有叫它p2產品的、也有叫它插件led的，不管怎麼樣只要是直插式的都歸與一種。而led種類裏面還有很多種類：按膠體形狀分：3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、橢圓形、墓碑形、還有一些特殊形狀等等；按膠體顏色分：無色透明、有色透明、有色散射、無色散射等；按顏色分：紅色（red）、橙色（orange）、黃色（yellow）、黃綠色（green yellow）、綠色 （green）、藍綠色（blue green）、藍色（blue)、紫色（pink）、紫外線（uv）、白色（white）、紅外線等等；食人魚型led食人魚則是兼具了smd及lamp的優點，且照射角度也比lamp大，加上防水技術成熟，且擁有高亮度、省電力、長壽命的特性，可對應汽車室內燈較大之車種，超優質量超低價格已成為目前巿場上最物美價廉的最佳車內照明選擇，而因技術已成熟所以製作成本較smd便宜，目前均被廣泛的應用在汽車照明系統，物超所值所以深受開車族的喜愛。這個是因led的發光效率不能滿足汽車使用其要求，所以就開發了這個產品，是小功率產品，其驅動電流一般在50ma、一般led用的20ma，最高電流可以達到70ma，就是因為其散熱比較好，一般用在汽車後尾燈。大功率（power led）現有照明的led產品,它有以下分類：按功率分：1w、3w、5w、等等按頂部發光透鏡分:平頭、聚光、酒杯形狀等按工藝還有鋁基板的和防luminous的。數碼管（display）最早用在來做顯示幕和數碼顯示用的：按外形分：1位、2位、3位、4位等等表面顏色：灰面黑膠的、也有黑面白膠的，等等極性：共陰、共陽顏色也和lamp led一樣可以做很多種類。點陣（led dot matrix）這個產品和數碼管差不多，都是應用在資訊顯示的。其間距和孔的直徑有改變都是不同的產品，現在一般分5*7和8*8的，其顏色有單色、雙色、三基色的 等等。按顏色分：單紅，單綠，雙基色，三基色等；按孔的直徑分：2.0，3.0，3.75，5.0等；按點數分：5*7，8*8，16*16等還有一些其他的產品：如圖元管（cluster）、測光源（led side light source）、紅外線接收和發射產品（infrared & photodiode）等等。紅外線(ir led)-三元晶片(gaalas/gaas)，波長940nm，工作電壓/電流1.3v/50ma，遙控器用的比較多。紅外線(ir led)-三元晶片(gaalas)，波長850nm，工作電壓/電流1.5v/50ma，紅外線監視器輔助照明。正紅光led-三元晶片(gaalas)，波長660nm，工作電壓/電流1.72.0v/20ma，亮度較低，衰減快，用途少。紅光led- 四元晶片(algainp)，波長630nm，工作電壓/電流1.82.2v/20ma，亮度高，壽命長，一般用來取代正紅光，用途有紅綠燈的紅燈、汽機車尾燈煞車燈、全彩led看板的紅光.等。橘光led- 四元晶片(algainp)，波長610nm，工作電壓/電流1.82.2v/20ma，亮度高但用途少。黃光led- 四元晶片(algainp)，波長592nm，工作電壓/電流1.82.2v/20ma，亮度高，壽命長，用途有紅綠燈的黃燈、汽機車方向燈.等。黃綠光led- 四元晶片(algainp)，波長570nm，工作電壓/電流1.82.2v/20ma，亮度較低但用途不少，電腦機殼電源燈、紅綠雙色字幕機.等。草綠光led- gan晶片( ingan/sic)，波長525nm，工作電壓/電流3.03.6v/20ma，亮度高，用途大部分是全彩led看板的綠光。綠光led- gan晶片( ingan/sic)，波長515nm，工作電壓/電流3.03.6v/20ma，亮度高，一般用途。青綠光led- gan晶片( ingan/sic)，波長525nm，工作電壓/電流3.03.6v/20ma，亮度高，大部分用在紅綠燈的綠燈。藍光led- gan晶片( ingan/sic)，波長470nm，工作電壓/電流3.03.6v/20ma，亮度高，用途很廣，包括全彩led看板的藍光。白光led- gan晶片( ingan/sic)，工作電壓/電流3.03.6v/20ma，亮度高壽命長，光色穩定不閃爍，現在已經可以做小區域照明之用，明年開始將會全面取代中小型lcd面板的冷陰極管當背光源。9、led的適用範圍和各類應用led照明燈具裏，底燈，吊燈，投射燈等裝飾用，反射用途的led照明燈具可以完全勝任於任何場合，包括美術館，博物館等對顏色度要求較高的場所。但是對於商場，寫字樓等大規模設施來說，作為大範圍照明的led燈具雖然已經誕生，但是其指向性(led晶片發出的光是直線，發散性不好)太高，造成大面積內設計平均的照度很困難。燈管型led照明燈具排列過密，設計成本過高，失去節能效果。因此，現階段裝飾用途場合，led照明燈具完全可用，大面積室內照明還不成熟。分類材料應用領域可見光led (450780nm)傳統亮度gap、gaasp、algaas家電、資訊產品、通訊產品、消費性電子產品高亮度algainp (紅、橙、黃光)大型看板、交通號志、背光源、汽車第三煞車燈gainn (藍、綠光)gainn+螢光粉(白光)照明用led的應用主要可分為三大類：lcd屏背光、led照明、led顯示。1）小尺寸1.5寸到3.5寸lcd屏的背光：例如手機、pda、mp3/4等便攜設備的lcd屏都需要led來背光。2）7寸lcd屏的背光（如數碼相框）：3）大尺寸lcd屏的背光（如lcd tv/monitor、筆記本電腦）：目前大部分lcd tv/monitor、筆記本電腦的lcd屏是採用的ccfl螢光燈管做背光，因ccfl壽命、環保等不利原因目前正朝向採用led背光發展。按lcd屏的尺寸大小一般需要數十個到上百個白光led做背光，而其led驅動ic市場潛力將會很大。4）led手電筒：小功率led手電筒、強光led手電筒、led礦燈。5）led草地燈：6）led照明：照明經過白熾燈、日光燈，到現在比較普遍的節能燈，再下個階段應該就是led照明燈的普及了，這裏需要超高亮度的led，超長壽命、極低功耗將是led燈很大的優勢，同時成本考慮也是一個關鍵。7）led顯示：我們在公車、地鐵裏都能看到各樣的led字幕顯示幕，並且在戶外也有不少大螢幕led點陣顯示幕幕，從遠處看就是一個比較清晰的超大螢幕電視機。這裏需要用到專用的led顯示控制晶片。10、led產業鏈分佈11、led發展現狀當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領域，led發光產品的應用正吸引著世人的目光，led作為一種新型的綠色光源產品，必然是未來發展的趨勢，二十一世紀將進入以led為代表的新型照明光源時代。中國led產業起步於20世紀70年代。經過30多年的發展，中國led產業已初步形成了包括led外延片的生產、led晶片的製備、led晶片的封裝以及led產品應用在內的較為完整的產業鏈。在“國家半導體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產業化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國led產業發展的聚集地。目前，中國半導體照明產業發展向好，外延晶片企業的發展尤其迅速、封裝企業規模繼續保持較快增長、照明應用取得較大進展。2007年中國led應用產品產值已超過300億元，已成為led全彩顯示幕、太陽能led、景觀照明等應用產品世界最大的生產和出口國，新興的半導體照明產業正在形成。國內在照明領域已經形成一定特色，其中戶外照明發展最快，已有上百家led路燈企業並建設了幾十條示範道路，但在室內通用照明市場方面仍顯落後。2008年北京奧運會對led照明的集中展示讓人們對led有了全新的認識，有力推動了中國半導體照明產業的發展。當前中國半導體產業產業大而不強，核心競爭力仍有待於進一步提升。對國內企業而言，壯大規模、提高產品品質與技術水準是首要任務，提高未來取得大廠專利授權時的要價能力，或逐步通過研發突破核心專利。12、led發展趨勢led被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用於各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。近年來，世界上一些經濟發達國家圍繞led的研製展開了激烈的技術競賽。美國從2000年起投資5億美元實施“國家半導體照明計畫”，歐盟也在2000年7月宣佈啟動類似的“彩虹計畫”。我國科技部在“863”計畫的支持下，2003年6月份首次提出發展半導體照明計畫。 多年來，led照明以其節能、環保的優勢，已受到國家和各級政府的重視，各地紛紛出臺相關政策和舉措加快led燈具的發展；大眾消費者也對這種環保新型的照明產品渴求已久。但是，由於投入在技術和推廣上的成本居高不下，使得令萬千消費者翹首以待的led照明產品一直可望而不可及，遲遲未能揭開其神秘的貴族面紗！隨著國內部分廠家技術和生產成本的降低，led照明叫好而不叫座的局面行將改變。價廉物美的led照明產品，將給中國照明行業帶來革命性的衝擊，為廣大消費者帶來光明的福音！總結：led照明設計led照明燈具備受期待的原因就是節能、使用壽命長。確實，與白熾燈相比，目前的球泡型led燈效率更高。但是螢光燈與led照明燈具相比，還是螢光燈較高。這是因為，雖然單獨的led晶片比螢光燈效率高，但是由於發熱降低了發光效率，交流電轉換成直流電時，電源效率變低以及由於配光分佈變換和使用擴散板導致光效降低，進而造成整個led照明燈具的效率下降。因此，為了實現led的節能，長壽命，必須對熱、電、光進行各種設計。單純依靠led封裝並不能發揮led的優勢。第二章 led襯底材料的基本知識1、led襯底的概念和作用襯底又稱基板，也有稱之為支撐襯底。襯底只要是外延層生長的基板，在生產和製作過程中，起到支撐和固定的作用。它與外延層的特性配合要求比較嚴格，否則會影響到外延層的生長或是晶片的品質。2、led襯底材料的種類對於製作led晶片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。應該採用哪種合適的襯底，需要根據設備和led器件的要求進行選擇。目前市面上gan基系列一般有三種材料可作為襯底： 藍寶石（al2o3）；矽 (si)；碳化矽（sic）。除了以上三種常用的襯底材料之外，還有gaas、aln、zno等材料也可作為襯底，通常根據設計的需要選擇使用。1）藍寶石襯底通常，gan基材料和器件的外延層主要生長在藍寶石襯底上。藍寶石襯底有許多的優點：首先， 藍寶石襯底的生產技術成熟、器件品質較好；其次，藍寶石的穩定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最後，藍寶石的機械強度高，易於處理和清洗。因此，大多 數工藝一般都以藍寶石作為襯底。圖5示例了使用藍寶石襯底做成的led晶片。 使用藍寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應力失配，這會在外延層中產生大量缺陷，同時給後續的器件加工工藝造成困難。藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大於1011cm，在這種情況下無法製作垂直結構的器件；通常只在外延層 上表面製作n型 和p型電極（如圖1所示）。在上表面製作兩個電極，造成了有效 圖5 藍寶石作為襯底的led晶片發光面積減少，同時增加了器件製造中的光刻和刻蝕工藝過程，結果使材料利用率 降低、成本增加。由於p型gan摻雜困難，當前普遍採用在p型gan上製備金屬透明電極的方法，使電流擴散，以達到均勻發光的目的。但是金屬透明電極一般 要吸收約30%40%的光，同時gan基材料的化學性能穩定、機械強度較高，不容易對其進行刻蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設備，這將會增加生產成本。藍寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次於金剛石，但是在led器件的製作過程中卻需要對它進行減薄和切割（從400nm減到100nm左右）。添置完成減薄和切割工藝的設備又要增加一筆較大的投資。藍寶石的導熱性能不是很好（在100約為25w/（mk）。因此在使用led器件時，會傳導出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導熱性能是一個非常重要的考慮因素。為了克服以上困難，很多人試圖將gan光電器件直接生長在矽襯底上，從而改善導熱和導電性能。2）矽襯底目前有部分led晶片採用矽襯底。矽襯底的晶片電極可採用兩種接觸方式，分別是l接觸（lateral-contact , 水準接觸）和v接觸（vertical-contact，垂直接觸），以下簡稱為l型電極和v型電極。通過這兩種接觸方式，led晶片內部的電流可以是橫 向流動的，也可以是縱向流動的。由於電流可以縱向流動，因此增大了led的發光面積，從而提高了led的出光效率。因為矽是熱的良導體，所以器件的導熱性 能可以明顯改善，從而延長了器件的壽命。3）碳化矽