LED制造技術(shù)與應(yīng)用(一)

1、LED制造技術(shù)與應(yīng)用(一)認(rèn)識(shí)LED2012-2-24中文名稱：中文名稱：發(fā)光二極管英文名稱：英文名稱：Light Emitting Diode定定 義：義：是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件， 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。特特 點(diǎn)：點(diǎn)：發(fā)光效率高，環(huán)保，不易破損，壽命長。LED發(fā)光原理 目前約有21%的電源用于照明，如果能在固體照明領(lǐng)域節(jié)省一半的能源，則會(huì)對人類的節(jié)約能源做出巨大的貢獻(xiàn)。 LED的能量轉(zhuǎn)換效率非常高，理論上只需要白熾燈10%的耗能，與熒光燈相比，LED也只需要熒光燈50%的耗能。中國綠色照明工程促進(jìn)項(xiàng)目辦公室做過一個(gè)專項(xiàng)調(diào)查，我國每年照明用電3000億度以上，用LED取代全部白熾燈或部分取代

2、熒光燈，將節(jié)省1/3的照明用電，這意味著節(jié)約1000億度電，相當(dāng)于一個(gè)總投資超過2000億元的三峽工程全年的發(fā)電量。在使用壽命上，LED采用固體封裝，結(jié)構(gòu)牢固，壽命達(dá)數(shù)萬小時(shí)以上，LED的壽命是熒光燈的10倍，是白熾燈的100倍，用LED替代熒光燈可避免熒光燈管可能破裂而溢出汞所造成的二次污染。LED固體照明的意義固體照明的意義一. 認(rèn)識(shí)LED二. 光學(xué)與照明的基礎(chǔ)知識(shí)，半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)三.三. LED的發(fā)光原理，結(jié)構(gòu)和特性的發(fā)光原理，結(jié)構(gòu)和特性四.四. LED芯片的類型和工藝流程芯片的類型和工藝流程五.五. LED的封裝介紹的封裝介紹六.六. 白光白光LED的制作的制作七.七. LED的技術(shù)

3、指標(biāo)和測量方法的技術(shù)指標(biāo)和測量方法八.八. 與與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題(散熱，二次光學(xué)設(shè)計(jì)，散熱，二次光學(xué)設(shè)計(jì)，ESD)介紹介紹九. LED的相關(guān)應(yīng)用一.一. 大功率大功率LED的介紹的介紹一一.國內(nèi)外LED技術(shù)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢十二. OLED的介紹課程主要內(nèi)容(一一) 認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)LED1. LED產(chǎn)品的應(yīng)用2. 光源的歷史3. LED的發(fā)展歷程4. LED的結(jié)構(gòu)及分類5. 白光LED的制作6. LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成7. LED的發(fā)展趨勢1. LED產(chǎn)品的應(yīng)用 LED照明除了比用常規(guī)照明至少節(jié)能60%以外，還擁有長壽命、易集成、快響應(yīng)、利環(huán)保、光分布易于控制、色彩豐富等優(yōu)勢

4、。以“水立方”為例，僅使用LED燈的“水立方”景觀照明工程，預(yù)計(jì)全年可比傳統(tǒng)的熒光燈節(jié)電74.5萬千瓦時(shí)，節(jié)能達(dá)70%以上。夢幻五環(huán)(4萬顆LED) 相信奧運(yùn)會(huì)開幕式的“夢幻長卷”和“夢幻五環(huán)”大家還記憶猶新，它被展現(xiàn)在一個(gè)4564平方米的巨大LED大屏幕上，這是迄今為止世界上最大的單體全彩色大屏幕，升入空中的“夢幻五環(huán)”，則是由4.5萬顆LED燈編排而成的。2. 光源的歷史人類照明歷史的人類照明歷史的n次革命次革命資料來源：東方證券研究所人類的誕生和照明的起源幾乎同時(shí)，在某種意義上，人類的誕生甚至是由照明進(jìn)步引起，那就是照明的第一次革命火（fire）的出現(xiàn)。燃燒大部分的能量都以紅外線的形式輻

5、射出去，發(fā)光效率極低。直到1879 年，愛迪生發(fā)明了用炭絲做燈絲的世界上第一盞白熾燈（Incandescence），開始了人類照明史上的第二次革命。由于仍然是由燈絲發(fā)熱產(chǎn)生可見光照明，白熾燈的發(fā)光效率仍然偏低，電能轉(zhuǎn)換成光能的效率不到5%照明的第三次革命來自熒光燈（Fluorescence），時(shí)間從20 世紀(jì)40 年代開始。熒光燈是冷光源，能量轉(zhuǎn)換效率比白熾燈提高了很多，達(dá)到25%，壽命也提高到1000 小時(shí)。LED 照明發(fā)韌于20 世紀(jì)60 年代，最初的GaAsP 發(fā)光二極管發(fā)光效率和亮度較低，只能用作儀表指示燈。隨著二十世紀(jì)下半葉技術(shù)的快速進(jìn)步特別是新材料的不斷出現(xiàn)，LED 的發(fā)光效率和能

6、量轉(zhuǎn)換效率都在快速提高。到2000 年前后，效率指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到并超過了熒光燈，被視為人類照明的第四次革命。中文名稱中文名稱：白熾燈英文名稱英文名稱：incandescent lamp定定 義義：電流加熱發(fā)光體至白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源，屬于 黑體發(fā)熱光源1845年 辛辛那提的斯塔爾提出可以在真空泡內(nèi)使用碳絲1878年 真空泵的出現(xiàn)1879年1月 英國的斯旺發(fā)明的白熾燈當(dāng)眾試驗(yàn)成功1879年10月21日 美國愛迪生采用碳化棉線作燈絲，點(diǎn)亮了10多個(gè)小時(shí)1880年 愛迪生又研制出碳化竹絲燈，同年10月，愛迪生設(shè)廠1908年 美國庫利奇試制成功現(xiàn)代的鎢絲白熾燈 (形狀，氣氛).2012年2020 禁用時(shí)

7、間表中文名稱：中文名稱：熒光燈 英文名稱：英文名稱：fluorescent lamp 定定 義：義：利用低壓汞蒸氣放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂在 燈管 內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光的電光源，屬于 低氣壓弧光放電光源。 1974年，荷蘭飛利浦研制成功了三色光熒光粉氧化釔（發(fā)紅光，峰值波長為611nm）、多鋁酸鎂（發(fā)綠光，峰值波長為541nm）和多鋁酸鎂鋇（發(fā)藍(lán)光，峰值波長為450nm）按一定比例混合成三基色熒光粉（完整名稱是稀土元素三基色熒光粉），是單端緊湊型節(jié)能熒光燈(燈管、鎮(zhèn)流器和燈頭一體)出現(xiàn)的基礎(chǔ)。CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp當(dāng)給予燈管高電壓時(shí)，燈管電極射出電子

8、，由電極沖出的電子受電界的影響而運(yùn)動(dòng)，因而獲得動(dòng)能。當(dāng)這些擁有相當(dāng)動(dòng)能的高速電子與管內(nèi)水銀撞擊時(shí)，此狀態(tài)下之水銀分子瞬間釋出所增得的能量，由不安定之狀態(tài)急速返回原來之安定狀態(tài)，此時(shí)放出的能量即以紫外線放射出 (以波長253.7nm最為強(qiáng)烈)，此紫外線激發(fā)內(nèi)管壁涂布之熒光體，熒光體中的電子蓄存能量后瞬間又將其釋出，同時(shí)放出波長較長之可視光。簡言之為藉熒光體的作用將可視范圍以外的紫外線轉(zhuǎn)簡言之為藉熒光體的作用將可視范圍以外的紫外線轉(zhuǎn)換為可視光換為可視光。出發(fā)啟動(dòng)電壓范圍5001200V，正常工作電壓在40100V之間。低壓放電可以產(chǎn)生1100013000K的高溫。CCFL燈管發(fā)光原理中文名稱：金屬

9、鹵素?zé)糁形拿Q：金屬鹵素?zé)舳x：定義：又叫高強(qiáng)紫外鹵素?zé)?，屬金屬鹵化物燈的一種,由高壓水銀燈發(fā)展而來，由高純度石英管材制造而成，石英管材內(nèi)充入了含有汞、氬、鎵的碘化物、鐵的碘化物以及一些稀有金屬鹵化物， 主光譜有效范圍在350nm-450nm之間。中文名稱：鹵素?zé)糁形拿Q：鹵素?zé)舳x：定義：亦稱鎢鹵燈。原理是在燈泡內(nèi)注入碘或溴等鹵素氣體(代替惰性氣體和真空)。在高溫下，升華的鎢絲與鹵素進(jìn)行化學(xué)作用，升華的鎢會(huì)重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素?zé)襞荼劝谉霟舾L壽。LED燈與傳統(tǒng)照明光源的對比Lighting Designer Considerations可以上網(wǎng)的可以上

10、網(wǎng)的LED燈燈 上海世博會(huì)上，在半導(dǎo)體照明與信息化示范館內(nèi)中科院半導(dǎo)體所展出了一盞外觀普通，發(fā)著柔和燈光的LED臺(tái)燈，這盞“神燈”雖然不會(huì)讓你家財(cái)萬貫，夢想成真，但是卻可以在它燈光的照耀下通過一個(gè)小小的接收裝置就可以讓你的筆記本電腦輕松連入互聯(lián)網(wǎng)，不需要網(wǎng)線，也不需要無線網(wǎng)卡。LED燈光之所以可以實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)，就是因?yàn)樗梢酝ㄟ^每秒每秒200萬次的開關(guān)萬次的開關(guān)動(dòng)作來發(fā)射調(diào)制編譯過的信號(hào)，來傳輸數(shù)據(jù)，目前可以實(shí)現(xiàn)每秒2M的速度的速度，之后可以實(shí)現(xiàn)每秒上G，而不影響照明。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在多國開始研發(fā)，比較大的實(shí)用地方是飛機(jī)上，或者是在水下，但目前還不知道是否適合家庭使用，用于短時(shí)間信息傳輸應(yīng)該不錯(cuò)

11、，比如困在井下的工人；距離商業(yè)化應(yīng)該還有許多路要走。除了連接網(wǎng)絡(luò)外，LED燈還能充當(dāng)各種家用電器的指揮官，實(shí)現(xiàn)對多種電器的開關(guān)和多種電器的開關(guān)和調(diào)節(jié)的控制調(diào)節(jié)的控制。這兩項(xiàng)技術(shù)也已分別在世博會(huì)的航空館和滬上生態(tài)家館進(jìn)行了展示。3. LED的發(fā)展歷程1907年 Henry Joseph Round第一次在SiC里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象20年代 Bernhar Gudden和Robert Wichard 在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的黃磷發(fā)光50年代 英國科學(xué)家使用砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED(液氮中) 第一個(gè)商用LED應(yīng)用于感應(yīng)和光電領(lǐng)域(不可見的紅外光)1962年 GE、Monsant

12、o、IBM聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出發(fā)紅光的半導(dǎo)體化合物GaAsP。1965年 第一款商用LED(使用鍺材料制成) 隨后隨后Monsanto公司和公司和HP公司推出用公司推出用GaAsP材料制作的商用材料制作的商用LED(效率效率0.1lm/W)，1968年 利用氮參雜工藝使GaAaP器件的效率1lm/W，并且能發(fā)出紅，橙，黃色。1971年 具有相同效率的GaP綠色芯片LED推出。80年代 GaAlAs的使用使得第一代高亮度的LED的誕生， 先是紅色(101lm/W)，接著就是黃色，最后為綠色。90年代 采用銦鋁磷化鎵AlInGaP生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED1992年 第一個(gè)有歷史意義的藍(lán)光第一

13、個(gè)有歷史意義的藍(lán)光LED也出現(xiàn)也出現(xiàn)90年代早期年代早期(日亞化學(xué)中村修二日亞化學(xué)中村修二)90年代 中期出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光銦氮鎵Led。1996年 高亮度白光LED出現(xiàn)(InGaN藍(lán)光芯片+YAG熒光粉)1968年，中科院長春物理所研制開發(fā)了國內(nèi)第一只年，中科院長春物理所研制開發(fā)了國內(nèi)第一只LED，我國，我國LED材料和器件正式起步材料和器件正式起步1、1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生 ，效率0.1lm/W,比白熾燈低100倍，售價(jià)45$/只。2、1968年，LED的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達(dá)到了1流明

14、/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。 3、1971年，GaP綠色芯片LED。 用途：指示用，長壽命10萬小時(shí)，可靠4、80年代AlGaAs技術(shù)使得LED效率達(dá)到10流明/瓦，90年代的AlGaInP技術(shù)使得LED效率達(dá)到100流明/瓦。用途：顯示，信號(hào)用。用于室外的運(yùn)動(dòng)信息發(fā)布以及汽車的高位剎車燈。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN基高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管。 用途：由于藍(lán)光LED的出現(xiàn)，人們首次實(shí)現(xiàn)紅黃藍(lán)LED的全色顯示，從90年代中期開始，許多廣告、體育和娛樂場所開始應(yīng)用LED大屏幕顯示。 6、1997年，中村修二和美國人修博特先后研制出了GaN藍(lán)色發(fā)光二極管激發(fā)黃光熒光粉得到白光

15、LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亞報(bào)道了15lm/W白光LED，8、2003年，日亞報(bào)道的光效達(dá)到60lm/W， 2006年3月，其光效達(dá)到100lm/W，9、2006年7月，Cree公司報(bào)道了130lm/W白光LED， 10、2006年11月，日亞報(bào)道的光效達(dá)到150lm/W，其效率已經(jīng)超過節(jié)能燈，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的照明。11 、2007年3月，美國CREE公司光效達(dá)到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前進(jìn)。4. LED的結(jié)構(gòu)及分類PN結(jié)特性：1.正向?qū)?2.反向截止 3.擊穿特性 4. 在一定的條件下有發(fā)光特性襯底的選擇與比較：Al2O3，Si，SiC，Ga

16、As，AlN，ZnO (p11)發(fā)光的峰值波長與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān),即 =hc/E1240/Eg（nm）(a) LED芯片的分類方法不一，但相關(guān)技術(shù)指標(biāo)是相同的。P2022(b)5. 白光LED的制作6. LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成LED Lighting Chain7. LED的發(fā)展趨勢LED 正在重演新興產(chǎn)業(yè)的故事正在重演新興產(chǎn)業(yè)的故事LED 做為一種新的產(chǎn)品，一種新的照明方式和一個(gè)新興的行業(yè)，雖然擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的商機(jī)，但目前也碰到不少問題。這些也是所有新興爆發(fā)式增長產(chǎn)業(yè)共同面臨或曾經(jīng)面臨的問題，但我們相信，前途是美好的，道路是曲折的。技術(shù)進(jìn)步在增長中扮演決定性角色技術(shù)

17、進(jìn)步在增長中扮演決定性角色新技術(shù)的發(fā)明發(fā)現(xiàn)是新產(chǎn)品快速涌現(xiàn)、發(fā)展，直至形成一個(gè)行業(yè)的前提，技術(shù)的不斷革新和推進(jìn)，則是行業(yè)爆發(fā)性增長的基礎(chǔ)。IT 行業(yè)是爆發(fā)式增長的典型，早在1970s，英特爾的創(chuàng)始人摩爾就提出了著名的“摩爾定律”，即：集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18 個(gè)月就翻一番；微處理器的性能每隔18 個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一倍；用一個(gè)美元所能買到的電腦性能，每隔18 個(gè)月翻兩番。LCD 顯示器行業(yè)過去十年間生產(chǎn)線的世代演變也證實(shí)了這一點(diǎn)。從第一代衍生至第四代，幾乎每4.2 年，玻璃基板的面積就會(huì)增加一倍。從第四代廠之后，由于超大尺寸面板的需求激增，第四代至第七代基板的變化，平均每兩年基板面積就會(huì)增加一倍，速度比半導(dǎo)體芯片還要快。技術(shù)的快速進(jìn)步使新興行業(yè)產(chǎn)能快速擴(kuò)張，供給曲線不斷往右移動(dòng)，從S1 到S2 再到S4。在同樣的價(jià)格下，供給放大數(shù)倍。由于需求一時(shí)跟不上，部分企業(yè)開始虧損，退出行業(yè)競爭，供給曲線回歸到S3 的水平。圖：Sharp 十代TFT-LCD生產(chǎn)線玻璃基板IVO Confidential562022-4-25TFT-LCD的世代的世代IVO Confidential572022-4-25The Generation of TFT-LCD問題:你們知道IVO是哪一個(gè)世代嗎?玻璃的厚度是多少呢？ 和其他爆發(fā)性增長的行業(yè)一樣，LED 行業(yè)