LED构成及相关特点

一、LED构成和相关知识（一） LED的定义LED = Light Emitting Diode,中文意思为发光二极管。主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。（如下图）二） LED 的优点LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节 能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的内在特征决定了它 具有很多优点,诸如：1、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，所以它非常小，非常 轻。2、耗电量低LED 耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管 0.03-0.06 瓦），电光功率转 换接近30%。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，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。3、使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，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，在恰当的电流和电压 下，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。4、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。5、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。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， 冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源6、坚固耐用LED 被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有 松动的部分，使得LED不易损坏。7、多变幻LED 光源可利用红、绿、蓝三基色原理，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256X256X256二种颜色，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。8、技术先进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。它成功融合 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。(三) LED的应用及前景鉴于 LED 的自身优势，目前主要应用于以下几大方面：(1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速 度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、双 色和单色显示屏。全国共有 100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、 黄色 LED, 因为采用 LED 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通 信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场 机会。(2) 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。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。 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，可以及早提醒司机刹 车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成 为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合 成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高 亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用 LED 显示。我国汽车工业正处于大发展 时期，是推广超高亮度 LED 的极好时机。近几年内会形成年产10 亿元的产值， 5 年内会形成每年 30 亿元的产值。（3）LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源 应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电 子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上。随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术 将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。 LED 是手机关键器件，一部普通手机 或小灵通约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使 用约20只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯 片。目前我国手机生产量很大，而且大部分 LED 背光源还是进口的，对于国产 LED 产品来说，这是个极好的市场机会。（4）LED 照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十 个med,适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应 用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用 领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目（ 称为“ 照亮日 本”），头五年的预算为50亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每 年可节约相当于60亿升原油的能源，相当于五个1.35 X 106kW核电站的发电 量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国 也于 2004 年投资 50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划。（5）其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁 发光，仅温州地区一年要用 5 亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷 的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍， 该公司已有少量保健牙刷上市， 预计批量生产时每年需要 3 亿只发光灯；正在流行的 LED 圣诞灯，由于造型新 颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势 强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。（6）家用室内照明的LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED 日光灯， LED 光纤灯已悄悄地进入家庭。（7）led广告宣传车，从2010年起开始流入国内。LED移动广告车是近年 LED行业兴起后的伴生产物。是指由LED屏作为信息输出设备，移动车身作为重 体的广告设备，自身可以变换位置，一般自带发电机、音响、电脑等设备，属于 广告车中的一种。（四）LED 产业链构成LED产业链大致可以分为三个部分。上游，包括原材料、衬底材料、测试仪器和生 产设备。中游，主要包括外延材料和芯片制造、LED封装。下游，主要包括各种LED 的应用产品产业。（详见下图）（五）LED 商业化发展历史 1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓 （GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。 1965 年，全球第一款商用化发光二极管诞生，它是用锗材料做成的可发 出红外光的LED，当时的单价约为45美元。其后不久，Monsan to和惠普公司推 出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED。这种LED的效率为每瓦大约0.1流明， 比一般的60至100瓦白炽灯的每瓦15流明要低上100多倍。 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。 1971年，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。 到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED 的价格直线下跌。事实上，LED在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用 领域。 80年代早期的重大技术突破是开发出了 AlGaAsLED，它能以每瓦10流明 的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高 位刹车灯（CHMSL）设备。 1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP 技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。 今天，效率最高的LED是用透明衬底AlInGaP材料做的。在1991年至2001 年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提 高了将近30倍。 1994年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二 极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。 20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED, 但色泽不均匀，使用寿命短，价格高。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不 断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破性进展，其发光效率提高了近 1000 倍，色度方面已实现了可见 光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域 跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱 迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。