LED基础知识-LED光源的封装讲义

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XX伯乐达光电科技XXLED基础知识/白光LED封装陈志忠2007/8/31XX伯乐达光电科技XX伯乐达做的LED是A级！XX伯乐达光电科技XX JIangsu Bright Optoelectronic Technology Co.Ltd伯乐达－Bright！XX伯乐达光电科技XX提纲LED基础知识LED的概念，LED的发光原理LED的历史LED的基本参数，LED的结构，LED的产品分类，LED的产业链，白光LED封装白光LED的概念，白光LED的优点白光LED基本参数白光LED封装的基本工艺白光LED的封装技术XX伯乐达光电科技XX1.1 LED基本概念LED是发光二极管LIGHT EMISSION DIODE ; LIGHT EMITTING DIODE . ? LED是通过半导体PN结把电能转化成光能的器件+-XX伯乐达光电科技XX1.2 LED的基础知识：基本原理其核心是PN结。

因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P 区注入N区。

进入对方区域N 的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

量子阱把经过结区的电子空穴限制住，提高复合效率。

PN结－》量子阱XX伯乐达光电科技XX1.3 LED的基础知识：历史XX伯乐达光电科技XX1、1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，效率0.1lm/W,比白炽灯低100倍，售价45$/只。

2、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。

3、1971年，GaP绿色芯片LED。

用途：指示用，长寿命10万小时，可靠4、80年代AlGaAs技术使得LED效率达到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技术使得LED效率达到100流明/瓦。

用途：显示，信号用。

用于室外的运动信息发布以及汽车的高位刹车灯。

XX伯乐达光电科技XX5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度蓝色发光二极管。

用途：由于蓝光LED的出现，人们首次实现红黄蓝LED的全色显示，从90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。

6、1997年，中村修二和美国人修博特先后研制出了GaN蓝色发光二极管激发黄光荧光粉得到白光LED，效率不足10lm/W。

7、2000年，日亚报道了15lm/W白光LED，8、2003年，日亚报道的光效达到60lm/W，2006年3月，其光效达到100lm/W，9、2006年7月，Cree公司报道了130lm/W白光LED，10、2006年11月，日亚报道的光效达到150lm/W，其效率已经超过节能灯，实现了真正意义上的照明。

11 、2007年3月，美国CREE公司光效达到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前进。

XX伯乐达光电科技XX1.4.1 基本参数－电学参数正向工作电压VfIf ? 反向漏电流IrVr ? 功率P=Vf*If ? 测量方法IfVr IrVf1.4.2 光学参数? ? 峰值波长（λp，nm），半峰宽（FWHM，nm）色纯度：反应了单色光和白光的比例主波长（λd，nm），视觉函数（V（λ））XX伯乐达光电科技XXXX伯乐达光电科技XX发光功率（Po，mW)，光通量（Lf，lm）发光效率（Le，lm/W）当Lf=632∫V （λ）Po （λ）d λ,当电功率全部转化成光功率,最大的发光效率为632lm/W,若蓝光激发荧光粉或三色LED 混合得到白光,其效率小于300lm/W. 发光强度(Iv,Lop，mcd）:单位立体角内的光通量. 照度(illumination，lm/m2 ,Lx）:单位面积上光通量，被照表面的明亮情况。

亮度（luminance，Cd/m2)：单位面积上的发光强度。

光源的明亮情况。

XX伯乐达光电科技XX光通量与光强的关系–LED的光强与角度有关系，而光通量与角度无关；发光角度为一半光强所夹的角（15o，30o，60o，90o，100o，120o，150o，180o）0 330 30若LED作为点光源，光通量Φ与光强ΙV的关系Φ= IV ?2π?（1－cosθ1/2)60300若60度发光角度光强为2000mcd, 则光通量约为1.68lm90270900 600 300 0 300 600 900 Luminous Output (mcd)但是光强随着角度变化并不是常数，以上公式只能近似的计算光通量，实际的情况是光强随着角度增大而减少。

具体的数值需要通过配光曲线计算得到。

1.4.3 热学参数与可靠性XX伯乐达光电科技XXLED的结温结温定义为LED的PN结的温度，通常芯片具有很小的结温尺寸，因此通常把芯片的温度等效结温。

结温高将使得LED性能变差，失效性能变差，性能变差失效。

影响结温的因素：1）不良的器件结构，大的串连电阻发热；2）封装材料的热阻，大的热阻导致散热的困难，材料和导热途径；3）发光效率低下，30％的电能转化成光能，其他转化成电能；4）环境的温度和联结材料，工艺。

降低结温与耐热封装材料耐热封装材料是高可靠性LED的保证。

降低结温耐热封装材料XX伯乐达光电科技XX其他可靠性测试：恒温恒湿：高温高湿测量其对高湿环境下的可靠性高低温循环：测试LED对昼夜和四季的适应性冷热冲击：测试其开关特性高温工作：加速老化，测试寿命过锡试验：深加工耐温能力大电流老化测试：比加温更苛刻的老化条件，考虑结温分布不均匀性ESD抗静电击穿能力：抗静电能力XX伯乐达光电科技XXXX伯乐达光电科技XXLED寿命寿命LED作为电子－空穴对复合发光，对半导体而言，理论上它的寿命是无限长的。

10万-100万小时的寿命概念源于半导体的性能。

使用寿命则是指能够发挥作用的寿命，一般当光衰超过50％,LED的寿命就到期了。

浴盆效应：初期和后期失效率较高，初始工作还会出现性能高低起伏的退火期,而中间期大多数器件能够正常工作。

在同一批LED样本中，统计失效率来评价整体器件水平。

在规定时间内，失效率越低，可靠性越好。

寿命的测试方法XX伯乐达光电科技XXLED的光衰一般遵循以下规律：I=I0*EXP（-t/τ）时间常数τ与温度有关系，在一定的时间内分别测得温度Τ1对应的时间常数τ1，Τ2对应的τ2。

我们把LED失效的因素归结于一个激活能Εa，则有τ=τ0? EXP（-Ea/ΚΤ）根据上面Τ1，Τ2对应的两个时间常数τ1，τ2则可得到τ0与Εa的值，这样我们就可以求得一定结温下的寿命值。

以上的温度均指结温。

1.5 LED结构XX伯乐达光电科技XXXX伯乐达光电科技XXLumileds PackagingGaN-LED芯片的基本结构XX伯乐达光电科技XXp-electrode (Ni/Au) p-electrode (Ni/Au) p-GaN layer InGaN MQW active layer n-GaN layer GaN buffer layer Sapphire substrate n-electrode(Ti/Al)芯片基本结构:flip-chipXX伯乐达光电科技XX芯片基本结构:SiC 垂直结构XX伯乐达光电科技XX芯片基本结构:金属衬底、垂直结构N-electrode pad ITO contact layerXX伯乐达光电科技XXN-GaNInGaN/GaN MQW P-GaN Transparent ohmic contact Ag Reflector Cu Heat Sinking1.6 LED分类XX伯乐达光电科技XX按发光颜色分：可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。

另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。

根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。

按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。

圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm 等。

从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。

半值角为5°～20°或更小。

（2）标准型。

其半值角为20°～45°。

（3）大角度。

按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

按发光强度和工作电流分:有普通亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。

LED分类XX伯乐达光电科技XX数码管(Display)普通LED (P2)食人鱼(P4)贴片(SMD)大功率(High Power Led)XX伯乐达光电科技XXXX伯乐达光电科技XXXX伯乐达光电科技XX1.7 LED产业链? LED设备，原材料：MOCVD，激光划片机，检测设备? 上游：材料生长，结构设计；亮度，波长，正向电压，可靠性；外延片2”? 中游：芯片制备；正向电压，出光，可靠性；芯片：0.3mm-1.5mm ? 下游：封装；出光效率，正向电压，可靠性，散热；LED lamp, SMT, high power，数码管等? 应用产品：灯具，工程；出光效率，散热，美学设计，建筑，文化等；装饰照明，路灯，LCD背光，车灯，太阳灯，普通照明，特种照明产业链材料体系上游衬底等原材料中科镓英：GaAs 外延中游芯片下游XX伯乐达光电科技XX 封装应用XX三安、XX华光、河北汇能、XX福地、XX 普光、圣科佳XX欣磊、XX金桥大晨、XX奥伦德、XX 立德XX三安、XX蓝光、深圳方大、XX路美、XX 联创、XX蓝宝、长电、XX福地、XX普光AlGaInP 南大光电：MO 源中科嘉浦、深圳淼浩：蓝宝石GaN 南大光电：MO 源XX光明化工、XX科利德：高纯氨气睿源XX国星、利XX华联、亚德、XX升普、XX青XX量子、松、上XX鑫谷、海三思、XX伯乐XX洛普、深达、XX 稳润、天圳海洋津天星、王、深XX奥雷、圳珈伟、XX创元、XX通福日科光士达、XX伯乐达、乐达、XX鸿联XX伯乐达光电科技XX二、白光LED封装白光LED的概念，白光LED的优点白光LED基本参数白光LED封装的基本工艺白光LED的封装技术2.1 白光LED的概念XX伯乐达光电科技XX三基色通过适当的混合能产生所有的颜色，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本原理——三基色原理三基色原理。