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1、1,技术培训,LED相关知识培训资料,2,一、LED及其材料 二、LED的发展简史 三、光学基本知识 四、LED发光原理 五、LED芯片制作 六、LED芯片性能指标 七、LED封装 八、LED应用,目录,3,一、什么是LED？其发光材料是什么？,LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。 LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点。 其发光材料是化合物半导体，即元素周期表中第、族元素以1:1的比例结合而成的。,4,5,不同的组分，形成不同的LED，发出不同颜色的光，如：,6,二、LED的发展历史,
2、LED 问世于20世纪60年代，起源于美国，在日本发扬光大。 70年代初，美国孟山都化工厂和杜邦化工厂首先研发出GaAsP LED，发桔红 色，可作仪器仪表指示灯用，它们是利用气相外延法制成的。 随着GaAsP/GaAs的质量提高，利用汽相外延法（VPE）和液态外延法（LPE）制作外延材料。发光颜色覆盖从黄绿色到红外的光谱范围（565940nm） 80年代后，用LPE技术制作GaAlAs外延层，制作高亮度红色LED和红外二极管，波长分别为660，880和940nm。随着金属有机化学汽相外延法（MOVPE）的开发，用新芯片材料AlInGaP制成红色、黄色LED光效可达到10lm/w，若采用透明衬
3、底光效可超过20lm/w.,7,90年代通过MOVPE研制的第三代半导体材料GaN使蓝、绿色LED光效达到10lm/w，实现全色化 目前，制作高亮度LED的材料主要为AlGaAs/AlGaInP和GaInN。 AlGaAs使用于高亮度红光和红外LED； AlGaInP适用于高亮度红、橙、黄及黄绿LED，用MOVPE制造； GaInN适用于高亮度深绿、蓝、紫和紫外LED，用MOCVD制造。,8,9,高效LED发光管正快速成为主流光源,发光效率im/W,10,发光效率,发光波长(nm)=1240/E0(eV)(带宽),11,三、光学基本知识,1、什么是光？ 光-光是一种特殊的电磁波。光具有波粒二象
4、性，又称光子。 LED 紫兰青绿黄橙赤 造原子弹元素放出 穿透率强 400 630 800 1 m 100 m 1 m, 射 线,X 射 线,紫外线,可见光,近 红 外,中 红 外,微 波,无 线 电 波,远红外,12,各波段光的应用 940nm 遥控器 红外/远红外 遥控器 GaInAsP 光通信 1.3/1.55 不同波段光的颜色 A0.1lGaInP-650nm 桔红 Al0.7-590nm 黄 Al0.4-576nm 黄绿 以后主要做的超亮度，主要有以下三种 1、AlGaInP 2、GaN 3、AlGaInN,13,光谱光效图,人眼对不同波长的光的感觉不同,14,四、LED发光原理,半
5、导体光源，不管是半导体激光二极管LD还是半导体发光二极管LED，其核心是PN结，它是由高掺杂浓度的P型半导体材料和N型半导体材料组成的。,+,一,载流子,P N,+,+,+,+,一,一,一,一,h= h ,c,半导体介绍： P型 空穴 N型 电子 PN结 厚度约为10-7 m E = 通电后，电子、空穴复合 发光 跟材料有关系 能带工程，大原子结合能带小如InSn、GaP、GaAs 小原子结合能带大如GaN、AlGaN,15,GaN基蓝绿光LED的示意图 剖面示意图 外延片 LED芯片,16,五、 LED芯片制作,1. 外型尺寸，单位mil9mil 1mil= 1/1000 in 1in=25
6、.4mm 1mil=25.4m 芯片是由外延片切出来的 例如：直径为2in的大园片切成尺寸为10mil的芯片，共能切成多少个？ 1in=1000mil S=r2=3.14106mil2 N=S/100=3.14 104(个）,10mil,10mil,9mil,10mil,17,LED外延片尺寸：主要有2”（即50mm)、3”(即75mm) 芯片尺寸单位：用mil表示，1mil=1/1000inch=25.4 m 芯片的尺寸：7mil14mil 各种材料芯片的尺寸 1、可见光四元系，最大做到 12mil 显示屏，交通灯 14mil 红外 9mil 常用 2、GaN，11mil -常用，最大做到1
7、3mil14mil，最小做到 10mil(光磊）,18,GaN的电极位置 亮度最高，寿命和稳定性不一定好 方型电极 典型：日亚，国联，台湾（洲磊） 稳定性好，亮度差 长方形电极 稳定性好，寿命长 典型：丰田,电极位置对亮度的影响,19,LED的制作过程（续）,芯片结构 以常用的GaN蓝光芯片为例： 衬底为蓝宝石（不导电），衬底的顶部分别由缓冲层、不掺杂GaN、nGaN、多量子阱（MQW）、pGaN构成，这种结构称为异质结结构。多量子阱夹在PN结之间，也被称为有源层，电子空穴对主要在有源层中复合发光。,GaN蓝光LED外延片结构,LED芯片示意图,20,上游（材料生长）,中游（芯片制作）,下游（
8、管芯封装）,电极制作,衬底减薄,芯片分割,检测、分拣,LED的制作过程（续）,21,人工方法,蓝膜,白膜,用机器手,芯片的组成：基底、外延片、电极,22,士兰明芯的第一批蓝光LED芯片,23,提高光透过收集率, 克服蓝宝石低的热导率, 利用热沉加速热的散发, 可工作在较大电流如350-1000mA,正装芯片和倒装芯片,正装普通尺寸小小芯片，工作电流20mA,24,六、LED芯片性能指标,光学参数 （1）波长： 主波长D、峰值波长 p （2）半峰宽： （3）发光强度：Iv (4) 光功率：mW （5）光通量：lm,25,电学参数 （1）正向电压Vf （20mA） ( 2 ) 反向漏电电流：Ir
9、正常情况为 010A（ 5V） （3）微变电阻（串联电阻）： Rs =dV/dI= V/ I，Rs越小，性能越好（20mA） AXT 芯片：Rs25 台湾芯片：Rs 1015 UOE芯片： Rs 10 （4） 光强Iv与电流I的关系 （5）VfT的关系 （6）IvT的关系,26,某公司产品说明,27,28,29,30,31,七、LED封装,LED的封装通常可以分为支架封装和贴片封装两大类,32,正装小芯片封装结构 芯片的正极通过球形接触点和金线，与管脚相连，负极通过反射杯和引线架与另一管脚相连。反射杯主要用于收集芯片侧面和底面发射的光，向期望的方向角内反射出去。 环氧树脂的作用 1、保护芯片不
10、受外界侵蚀 2、通过不同的形状，起到透镜的作用，控制光的发散角 3、提高芯片的光出射效率,33,34,白光LED技术,目前主要有三种手段 RGB三色LED、UV-LED+RGB荧光粉、蓝光LED+黄色荧光粉,35,36,交通标志信号,汽车照明,固态白光LED的实现 开始一个新的时代,八、LED应用,37,户外大屏幕显示 任意形状！ 任意大小！ 任意色彩！,38,手机背照明：90% 液晶背照明：新兴应用！ 汽车照明：新兴应用！,39,III-族氮化物市场：白光LED 装饰照明、特殊照明,高效，节能，环保型白光LED 被誉为: 继爱迪生发明白灯泡后最伟大的光源革命,40,发光效率低,发光效率高 但有汞的污染及线状光谱,发光效率高, 可很快超过荧光灯, 响应速度快, 寿命长, 轻便,41,谢谢！,