半导体照明(LED)百 题 问 答

1、半导体照明问答上海光电产业协会2005年2月1.光的本质是什么，物体发光的方式是什么？42.电致发光？为什么半导体发光是冷的？54.你能简单介绍一下发光二极管的发展历史吗？55.光源的基本类型和主要性能是什么？66.如何描述发光二极管的基本特性？67.与传统光源相比，发光二极管光源有哪些优点？89.什么是绿色光源？它的特点是什么？810.为什么你说自爱迪生发明白炽灯以来，21世纪将迎来照明行业的又一次工业革命？912.哪些行业是发光二极管产业链的组成部分？1018.中国的发光二极管产品与国际先进产品的主要差距是什么？1019.led的光源是PN结，它是怎么制作的？哪种半导体材料常用于制造发光二

2、极管？1122、目前生产超亮发光二极管的外延方法主要有几种？什么是主运行中心？1127.你能简单解释一下发光二极管芯片的制造过程吗？1229、通过哪些芯片制造工艺技术措施，可以提高芯片的发光强度和光效？1330.为什么要把发光二极管芯片分成不同的尺寸，比如8毫米、9毫米13至22毫米、40毫米等等。尺寸如何影响发光二极管的光电特性？1534.请介绍一下“透明电极”芯片的结构和特点。1635.什么是倒装芯片？它的结构是什么？它有什么优点？1636.半导体照明芯片技术的主流发展是什么？1737、封装成发光二极管的发光二极管芯片一般可以分为哪几种形式？它们在结构上有什么不同？1738.将发光二极管芯

3、片封装成器件的一般制造过程是什么？1839.为什么要封装芯片？封装设备和裸内核在性能上有什么不同？1841.什么是“主要光学设计”？发光二极管封装中有哪些类型的出射透镜？他们的特点是什么？1942.目前大功率发光二极管常见的封装形式是什么？他们有什么相似之处和不同之处？2046.你能简单介绍一下芯片焊接过程中的“合金焊接”过程吗？2048、白光发光二极管是通过什么方法实现的？2149.目前制造白色发光二极管的主流方法是什么？2250.目前有代表性的白色发光二极管产品的水平是多少？2251.什么是色温？什么是显色指数？2252.白光发光二极管在照明领域对光电性能的基本要求是什么？2354.目前L

4、ED光源替代传统光源应该克服哪些障碍和基本技术关键？2355.白色发光二极管的光谱和单色光(红、黄、蓝、紫等)的光谱有什么区别？)？2556.为什么太阳能电池和白色发光二极管组合的照明系统被称为“真正的绿色照明”系统？2659.发光二极管的内部量子效率是多少？假设内部量子效率达到100%，不同发射波长之间的电光效率有何不同？2660.发光二极管PN结有源层发射的光子能100%逃逸到空气中吗？2762.你能简单描述一下提高发光二极管芯片电光转换效率的意义吗？2863.衡量发光二极管器件光电转换优缺点的主要参数是什么？2964.单个发光二极管的流明效率和由发光二极管作为光源组成的灯具的流明效率有什

5、么相同和不同之处？3065.人眼对光的视觉功能是什么？3166.人眼对光的视觉功能对我们理解发光二极管有什么作用？3267、为什么一个蓝色的发光二极管涂上特殊的荧光粉形成一个白色的发光二极管，其辐射光通量会比蓝光高出几倍？3268、发光二极管在照明应用中，经常想知道这种发光二极管的照度是多少，照度的定义是什么？知道这个发光二极管的辐射光通量，你能计算它的照度吗？3370.发光二极管光通量和发光强度，即光强，能相互转换吗？3471.如何在发光二极管发光强度Iv和照度E之间转换？3472.为什么用积分球测量发光二极管的光通量时，可以认为积分球内表面任意一点被另一部分反射的照度不受该点位置的影响？3

6、573、为什么发光二极管PN结温度升高会导致其光电参数下降？3675.衡量发光二极管性能长期退化的主要指标是什么？3676.发光二极管的结温是多少？它是如何产生的？3777.简要描述结温对发光二极管光输出38的影响79.当结温升高时，发光二极管的波长和颜色会发生什么变化？3980.简要描述什么是热阻？它的定义和单位是什么？4081.发光二极管PN结的最高结温是什么意思？4082.请描述一下发光二极管器件的热阻模型，它由哪些部分组成？他们的特点是什么？4183.为什么说提高光效率可以降低结温？请描述提高光效率的主要方法84.试谈热阻在大功率发光二极管光源应用中的作用4385.如何降低发光二极管4

7、4的热阻86.请简要介绍一下常用的热阻测试方法：4587.什么是电源指示灯？请介绍其发展概况：4690.当发光二极管工作时，什么是更好的驱动方法？4791.恒流驱动发光二极管常用的方法有哪些？请简单介绍一下。4893.如何实现发光二极管调光和配色？请举一个简单的例子来说明。5094、发光二极管“生命”是一个什么样的概念？什么是“浴缸”曲线？5295、发光二极管失效的标准是什么？失败率是多少？5498.能否通过测试消除早期故障指示灯？5499.什么是静电损伤？哪些类型的发光二极管容易被静电损坏并导致故障？55101、从哪些方面来提高和注意可以提高发光二极管在应用中的可靠性，降低故障率？56102

8、.发光二极管进入照明领域存在哪些问题，需要做哪些工作？571.光的本质是什么，物体发光的方式是什么？光是能量的一种形式，它可以从一个物体传递到另一个物体，而不需要任何物质作为媒介。这种能量传递模式通常被称为辐射，这意味着能量从能量源沿直线(在同一介质中)向所有方向传播。早在17世纪中期，牛顿和麦克斯韦分别用“粒子论”和“波动论”详细论述了光的本质，这成为光的“波粒二象性”的理论基础。100多年前，人们进一步证实了光是一种电磁波，更严格地说，是在一个非常广泛的电磁波谱家族中。可见光的光波只占据很小的空间，如表1-1所示。波长范围为380纳米至770纳米表1-1:电磁光谱的波长范围电磁光谱的波长范

9、围纳米微米厘米米长波振荡 105无线电波1-105微波炉10-1-102红外线0.77-103可见光380-770紫外线10-390x射线10-350r射线10-510-1宇宙射线10-5*lm=102cm=106m=109nm其中有七种颜色，紫色、靛蓝、蓝色、绿色、橙色和红色，人眼可以分辨。它的长波方向是红外、微波和无线电波区域，波长范围从微米到几十公里；它的短波端是紫外线、x光和射线，射线的波长小到可以和原子的直径相比。物体的发光模式通常可以分为两类，即热光和冷光。所谓的热光，也称为热辐射，是指高温下物质发出的热量。在热辐射过程中，特殊内部的能量不变，辐射通过加热进行，在低温下辐射红外光，

10、在高温下变成白光。众所周知，当钨丝在真空惰性气氛中被加热到很高的温度时，它会发出燃烧的白光。事实上，阳光是最常见的白光之一。棱镜能将阳光分解成上述七种颜色。实验证明，自然界的所有颜色，包括白光，只要使用蓝色、绿色和红色，都可以合成。我们通常称蓝色、绿色和红色三种颜色为三原色。冷光是在较低温度下从某种能源发出的光。当发射发光时，原子的电子被外力从基态激发到高能态。因为这种状态是不稳定的，电子通常以光的形式释放能量，然后回到基态。由于这种发光过程并不伴随着物体的加热，这种形式的光被称为冷光。根据物质种类和激发方式的不同，发光可以分为生物发光、化学发光、光致发光、阴极发光、电致发光等多种类型。萤火虫

11、、荧光粉、荧光灯、电致发光和发光二极管是一些典型的冷光源。2.什么是电致发光？为什么半导体发光是冷的？电致发光是电能直接转化为光能的过程。这种发光没有电能先转化为热能，然后物体的温度升高而发光的现象，所以叫做冷光。通常有两种电致发光现象。电致发光屏是一种在电场作用下固体发光的光源。在电场的作用下，荧光材料导带中的电子被加速到足够高的能量并撞击发光中心，从而激发或电离发光中心，被激活的发光中心回到基态或与电子结合发光。荧光材料中不同的活化剂决定了发光颜色。第二种电致发光也叫注入电致发光，发光二极管和激光二极管属于这种发光过程。电致发光实际上是一个能量转换和转移的过程。该系统受电场作用激发，使电子

12、从低能态过渡到高能态。当它们从高能态回到低能态时，根据能量平衡原理，多余的能量将以光的形式释放出来，这就是电致发光。发射波长取决于电子的能量差：E=h=h？c/=1.24 (2-1)其中 e=E1-E2，e是发射光子的能量，单位为电子伏特。是光子波长，用纳米表示米是单位。从公式(2-1)可以知道，激发电子的能量差E越高，发射电子的波长越短，并且发生蓝移。结果，受激电子的能量差变小，发射光子的波长将红移。4.你能简单介绍一下发光二极管的发展历史吗？半导体pn结发光的发现可以追溯到20世纪20年代。法国科学家洛索在研究碳化硅地震检波器时首次观察到这种发光现象。由于当时材料制备和器件技术的限制，这一

13、重要发现没有得到迅速应用。直到40年后，随着-族材料和器件技术的进步，人们终于成功研制出实用的发红光的GaAsP发光二极管，这种发光二极管由GE公司大量生产并用作仪器指示器。此后，由于GaAs、Gap等材料的研究和器件技术的进一步发展，除了深红发光二极管外，市场上还出现了橙色、黄色、黄色和绿色等多种颜色的发光二极管器件。由于多种原因，GAAP和GAAP等发光二极管器件的发光效率较低，光强通常在10mcd以下，只能用于室内显示。虽然铝镓砷材料进入了间接跃迁区，但发光效率迅速下降。随着半导体材料和器件技术的发展，特别是外延工艺如金属有机化学气相沉积的日益成熟，在20世纪90年代初，日本的Nichi

14、a和美国的Cree利用金属有机化学气相沉积技术成功地在蓝宝石和碳化硅衬底上生长出具有器件结构的氮化镓基发光二极管外延片，并制造出高亮度的蓝、绿、紫三色发光二极管器件。超高亮度发光二极管器件的出现为发光二极管应用领域的拓展开辟了光明的前景。首先，亮度的提高使得发光二极管器件的应用从室内扩展到室外。即使在强烈的阳光下，这种光盘级的发光二极管管仍然可以发光，色彩斑斓。目前，它已广泛应用于户外大屏幕显示、汽车状态指示、交通信号灯、液晶背光和一般照明。超亮发光二极管的第二个特点是发光波长的延长。InGaAlP器件的出现使发光波长扩展到570纳米的黄绿色区域，而氮化镓基器件使发光波长扩展到绿色、蓝色和紫色

15、波段。通过这种方式，发光二极管设备不仅使世界变得丰富多彩，而且使制造纯白色光源成为可能。与传统光源相比，发光二极管器件是冷光源，寿命长，功耗低。其次，发光二极管器件还具有体积小、坚固耐用、工作电压低、响应快、与电脑连接方便等优点。据统计，在20世纪的最后五年里，高亮发光二极管产品的应用市场一直保持着40%以上的增长率。随着世界经济的复苏和白光照明工程的启动，相信LED的生产和应用将迎来一个更大的高潮。5.光源的基本类型和主要性能是什么？1)光源类型现代光源可分为白炽灯、气体放电灯和固态光源。详细分类见表5-12)主要光源技术指标(表5-1)光效率(lm/w)、显色指数(Ra)、色温(k)、光源的平均寿命(g)白炽灯15 100 2800 1000卤钨灯25 100 3000 2