LED 原理及基本工艺

LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，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，一端是负极，另一端连接电源的正极，使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，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“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。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED特点LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。耗电量低LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。高亮度、低热量比HID或白炽灯更少的热辐射。环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。红光LED含有大量的As(砷)，剧毒坚固耐用LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。可控性强可以实现各种颜色的变化。led光源的特点电压：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。效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%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稳定性：10万小时，光衰为初始的50%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对环境污染：无有害金属汞颜色：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，最后为绿色价格：led的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只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led电子显示屏什么是LED电子显示屏？LED电子显示屏是由几万--几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏(LEDpanel):LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。LED显示屏的分类1、 按颜色基色可以分为单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。2、 按显示器件分类LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。3、 按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般03mm--08mm，显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。4、 按发光点直径分类室内屏：03mm、03.75mm、05mm、室外屏：010mm、012mm、014mm、016mm、018mm、020mm、025mm、031.25mm、036mm、室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。led电子显示屏生产工艺：a） 清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。b） 装架：在LED管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c） 压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光TOP-LED需要金线焊机）d） 封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务。e） 焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。f） 切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。g） 装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h） 测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。主推产品：P16mm户外全彩LED显示屏。P20mm户外全彩LED显示屏。P7.62mm户内贴片三拼一全彩LED显示屏。P10mm户内贴片三拼一全彩LED显示屏。发光字什么是LED发光字,LED发光字制作流程LED发光字是采用发光二级管为光源制作的发光字体。LED发光字以它白天美观，夜晚亮丽，省电节能，经久耐用的诸多优点已面市，就以燎原之势迅速走红。利润成本：发光字字壳成本在每平方50到60元之间。光源部分如果装LED超高亮度光源的话，一共也就是150到200元之间。市场价却在400到1000元之间。利润相当可观。如果不需要字发光，做一般的字，只销售字壳也可以。单手工制作出来的字壳的光泽度，也比机器雕刻出来的亚克力字好看，鲜艳。和亚克力吸塑字相比，同样的光源亮度要高一倍以上.5年内不会褪色掉色，不怕风雨为免维修设计,寿命大大提高.和霓虹灯字相比一平方20瓦左右的功耗只是霓虹灯字的十分之一左右.寿命却要高出十倍！LED发光字使用中5点常见问题：LED使用寿命短：正规厂商生产的LED的理论使用寿命一般为80000个小时左右。而现在很多的发光字没用够一年就开始频繁更换LED模组，给客户和广告制作商都带来了很多麻烦和经济损失。颜色衰减得非常快：刚安装好的发光字发出的颜色纯正明亮，可使用不到一年颜色就明显黯淡下来了。是字体变得红不红、绿不绿的非常难看。颜色不匀，色差明显：主要表现在纯白色LED制作的体积较大的发光字上。在装配时单个模组表现不明显，整个字体装配完整后，色差就明显表现出来了，整个字面象地图一样，一片白、一片蓝、一片黄。字体部分笔画、整体突然不亮或时亮时不亮：发光字在使用一段时间后局部或整个字体光源开始出现闪烁、时亮时不亮，直至完全不亮。字体输出功率较大，省电节能不明显。LED发光字使用中5点常见问题的解决方法1、购买正规厂家生产的合格LED单颗灯粒（需有厂家提供的质量参数说明），自己制作模组。切莫在电子市场贪图便宜购买 LED单颗灯粒或已制作好的模块。如需购买模块，应看清模块上安装了几颗电阻，安装一颗电阻的模块最好不要使用。电阻在模块中所起的是限流作用，很容易发热。长时间连续使用，一旦电阻烧坏，这个模组就不亮了。LED灯一般不会坏。不要把模组扔掉，只需更换一只相同阻值的电阻即可正常使用。这样可为制作单位节省开支。为了减少麻烦、节省开支，最好选用安装有两颗电阻的模组。另外，对制作模组的供应商的生产设施要有所了解，看其在制作模组时是否采用了防静电设施。如果没有附加防静电设施，在使用中即使电阻没有被烧坏，LED灯也很容易被击穿损坏。2、 LED灯安全的使用电流一般为20毫安，超过这个数值，虽然亮度会增加一些，但是颜色的衰减会明显加快。所以，在购买已组装好的 LED模组时一定要测试它的输出电流值。低于20毫安亮度不够，超过22毫安影响LED寿命，使颜色衰减加快。3、白色的LED灯在出厂前都要经过分光分色（没经过分光分色的 LED有的发出的光是纯白、有的偏蓝、有的发黄），分光分色仪价格昂贵，一般的小厂没有该种设备，所以生产的白光一般都是拿到大厂进行分光分色的，由于不是自己厂的产品，分光分色就不会那么仔细。有些小厂干脆就不分光分色。他们一般都是以低价格来拉客户的。所以在购买白光 LED时不要一味的贪图便宜，一定要购买同一厂家、同一批次、同一色号的 LED发光管单颗粒灯或模组来制作同一批次的发光字。4、 现在市场上销售的发光模组，大多是利用插接线连接的。这样，广告制作商在安装发光模组时方便快捷。但是也出现了一些新的问题，由于插接件在长时间的使用过程中受空气中的潮气侵蚀容易氧化导致接触不良， 使局部或全部电路瞬间断电或彻底断电，导致字体光源闪烁或不亮。解决办法为：（1） .制作模块时不用接插件，直接用铜镀锡导线连接后用活性炭焊锡焊牢。（2） .采用人造玛瑙制作全密闭的空心立体发光字，隔绝光源与空气的接触。5、 尽量采用五颗灯一组的LED发光模组，这样灯的数量没有改变，而功率则减少了五分之二。LED发光字的光源选择：LED可以给国家和使用者节省大量电能，给承做方节省大量工时。 LED应用技术的发展，给竞争激烈的广告业增添了新的活力。其独有的、不同的发光形势、被广泛的应用在广告产品的制作领域。不同规格的 LED有着不同的发光角度和不同的亮度。那麽，如何给不同的产品选择合适的 LED，使其既能发挥最大功效，又能最大限度地降低成本呢？现在我们看看新乡康远光电科技有限公司的专业建议。LED在发光字中的应用及使用注意事项立体发光字对光源主要有以下几点要求：一、 LED发光字字形的复杂及不同项目的不同规格，要求光源要有不受字形限制的通用性；二、 由于安装完成的LED发光字维修极为不便，为降低维修成本，要求光源具有较长寿命；三、 LED发光字要有足够亮度南京比亚工程部针对以上要求制作的LED发光模组，具有以上功能。比亚提供的适用于立体发光字的LED光源有两种：食人鱼和小草帽。食人鱼发光模组适用于字墙高度在8-10cm间的发光字。一般来讲，Z3和Z5头的食人鱼发光角度为90度和120度左右。在这种距离下应用在吸塑字上的食人鱼发光模组，光线完全可以辐射开。不但节省了模组数量，经屏幕亮度计测试，对光强的利用率也恰到好处。对于字墙较矮、字形的吸塑发光字和雕刻发光字，就要采用发光角度在160度左右的平头食人鱼模组和小草帽发光模组。较大的光辐射面积可以使模组用量降低，而较矮的字墙又提高了字体的发光亮度。两者有机地结合起来，遵循了能量守恒定律，也体现了正确选择LED的重要性。值得注意的是，LED发光字在使用LED发光模组的过程中，一定要注意电压降的问题。千万不要只做一条回路，从首串联到尾。这样做不仅会使首尾之间由于电压不同而导致亮度不一致，还会产生单路电流过大烧毁线路板的问题。正确的做法是尽量多并联些回路，以保证电压和电流的分配合理。另外，字腔内部如需使用防腐材料，最好是用白色底漆，以增加其反光系数。白光LED作为半导体发光光源，相比传统的照明光源，其电能消耗仅相当于后者的20%左右。使用寿命长达10万小时，是普通灯管的数十倍。它可靠性好，维护成本低。使用电压低，工作电压一般在 5V以下，除了便携机器的液晶背光源，还可以用语野外照明，边远山区照明，矿工灯和水环境照明等。开关时间短，响应时间最低可达到1微秒，一般灯具为几个毫秒（现用的光源响应时间200毫秒）。环保，没有水银等有害废弃物，坚固不易破碎，减少废弃物对环境的污染。LED灯不含红外和紫外的成分，没有辐射污染，且直流驱动，没有频闪，是保护视力的环保光源。随着LED的广泛使用和性能的提升，一场新的照明革命即将到来已成为人们的共识，那麽这一期待的变革将给人们带来什么：这是开发LED应用产品和引导市场发展最关心的问题。在中国发光字比较有实力的公司有“九江龙祥广告装饰公司”，该公司是一家专业从事化工装饰新产品开发和应用型企业。并从事城市亮化工程的设计、施工工程；其发光字承诺10年不变色。到目前为止来“龙祥广告装饰公司”学习发光字制作的学员遍布全国各地。该公司本身是化工出生的，对于大部分原材料都是自己工厂生产。LED屏是一种用发光二极管按顺序排列而制成的新型成像电子设备。［编辑本段］一、 LED的结构及发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年°LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。［编辑本段］二、 LED光源的特点电压：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。效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。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。稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。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。对环境污染：无有害金属汞。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，实现红黄绿蓝橙多色发光。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。价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只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。［编辑本段］三、 单色光LED的种类及其发展历史最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（入p=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（入p=555nm），黄光（入p=590nm）和橙光（入p=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（入p=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（入p=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。［编辑本段］四、 单色光LED的应用最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以 12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。［编辑本段］五、白光LED的开发对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（Ap=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光效率约为25流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，用于封装LED白光，预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。表一白色LED的种类和原理芯片数激发源发光材料发光原理1蓝色LEDInGaN/YAG用蓝色光激励YAG荧光粉发出黄色光，从而混合成白光蓝色LEDInGaN/荧光粉InGaN的蓝色激发红,

绿，蓝三基色荧光粉发出白光蓝色LEDZnSe由薄膜层发出蓝光和基板上激发的黄光混合成白光紫外LEDInGaN/荧光粉InGaN发出紫外光激发红，绿,蓝三基色荧光粉发出白光2蓝，黄绿LEDInGaN,GaP将具有补色关系的二种芯片封装在一起，发出白光3蓝，绿，红LEDInGaN,AlInGaP将发三原色的三种芯片封装在一起发出白光多种多种光色的LEDInGaN,AlInGaP,GaPN将普遍可见光区的多种色光芯片封装在一起，构成白色LED采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。近期，白色LED已达到单颗用电超过1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色 LED的效能进展。表二单颗白色LED的效能进展年份发光效能（流明/瓦）备注1998519915相若白炽灯200125相若卤钨灯200550估计表三长远发展目标单颗白色LED输入功率10瓦发光效能100流明/瓦输出光能1000流明/瓦通过近几年来的快速发展，白光LED从1999年的15lm/W,到2001年的25lm/W,再到2005年的60lm/W,自从2006年日本的日亚公司向市场提供1001m/W的白光LED,至今超过1001m/W的白光LED仅Cree公司就已经出货百万以上.最近几年，白光LED的研发成果：2008年9月PhilipsLumileds与OsramOptoSemiconductors各发表了140.1lm/W与136lm/W且各产生138lm与155lm（lumen，流明），他们均使用1mm大小的芯片并驱动于350mA下;今年1月21日,美国LED大厂Cree公司宣布，其白光发光二极管实现每瓦161lm/W.可见，白光LED在高发光效率,高照明方面有着诱人的前景.［编辑本段］六、业界概况在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（LaserDiode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得蓝色 LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系 LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光 LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光 LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商 Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光 LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。主要客户群研究表明，人获得的信息中有近三分之二是通过眼睛的.而显示技术，正是为人们提供各种各样重要信息的一个窗口;并且，可以想象,显示技术还有极其广阔的发展天地.显示技术的应用已经十分广泛，1在体育场馆,大屏幕显示系统可以显示比赛实况以及比赛成绩、时间等；2在交通运输行业，可以显示运行情况；3在金融行业，可以实时显示金融信息，可以实时显示金融信息，如股票、汇率等；4在商业邮电系统，可以向广大顾客显示通知、消息、广告等等。5显示技术还可以广泛应用于农业生产、军事、医疗单位、公安系统乃至宇航事业等国民经济，社会生活和军事领域中，并起着重要作用，从显示方面讲，LED可以显示文字、数字（数码管），也可以显示图形图像（LED矩阵模块），应用方面，LED显示即可以用于室内环境，也可以用于室外环境。企业资料信息突出全面性：将从LED显示器件、LED封装类、LED辅助材料类、LED设备类、照