LED制造技术与应用pdf_华体会体育ios_app最新下载_hth官网登录

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  LED制造技术与应用 (三) LED的结构,发光原理和特性 d e r e t s i g e R n U 2012-3-8 一. 认识LED 二. 相关基础知识介绍 (光学与照明,半导体) 三.LED的结构,发光原理和特性 课 四. LED芯片的类型和工艺流程 d 程 e 五. LED的封装介绍 r 主 e 六. 白光LED的制作 t 要要 s i 内 七. LED的其他技术指标和测量方法 g 容 e 八. 与LED应用有关的技术问题(散热,二次光学设计,ESD)介绍 R 九. LED的相关应用 n U 十. 大功率LED的介绍 十一.国内外LED技术与产业现状及发展趋势 十二. OLED 的介绍 d e r 1. LED的结构 e t 2.2. LEDLED的原理的原理 s i g 3. LED的特性 e R n U d e r e t s i g e R n U (a) 子弹式LED (b) 贴片式LED 1 . 支架 d e r e t s i g e R n U 常用支架外观图集 2 . 金线 . 银胶 d e r e t s i g e 4 . 环氧树脂 R n U 5 . 晶片(Chip) d e r e t s i g e R n U 009UOV 010YGK 512UOL 4713DC 5 .1 LED晶片电极结构 5 .1. 1 LED单电极晶片 d e r e t s i g 单电极芯片结构代码含义 e 代码 说明 代码 说明 R A p极金属层 F n极金属层 n B 发光区 G 芯片尺寸 (长×宽) U C p层 H 芯片高度 D n层 I 电极厚度 E n型结晶基板 J 电极直径 5 .1. 2 LED双电极晶片 d 双电极芯片结构代码含义 e r 代码 说明 代码 说明 e A t H 蓝宝石基板 n极金属层 s Bi 低温缓冲层 I 芯片尺寸 (长) g C n型接触 J 芯片尺寸 (宽) e R D 发光层 K 芯片高度 n E p型接触 L 电极厚度 F 透明导电层 M p极电极直径 U G p极金属层 N n极电极直径 d e r e t s i g e R n U 日亚公司1993年首创的蓝光 LED芯片结构 V 触 接 ( d 触 接 L 触 触 接 接 直 直 垂 垂 ( e 触 触 接 接 平 平 水 水 r e t s i ) g ) e R n V 电极芯片 L 电极芯片 U 采用蓝宝石衬底和碳化硅衬底的LED芯片 5 .2 LED衬底材料的种类 ◆蓝宝石 (Al2O3 ) 三种衬底材料: ◆硅 (Si) ◆碳化硅 (SiC) d e r ◆蓝宝石衬底: e t 1.1.生产技术成熟生产技术成熟、、器件质量较好器件质量较好 ;; s i 蓝宝石衬底有许多的优点: 2.稳定性很好,能够运用在高温生长过程中; g e 3.机械强度高,易于处理和清洗。 R n 1.晶格失配和热应力失配,会在外延层中产生大量缺陷; U 蓝宝石衬底存在的问题: 2.蓝宝石是一种绝缘体,在上表面制作两个电极,造成了 有效发光面积减少; 3.增加了光刻、蚀刻、减薄等工艺过程,制作成本高。 蓝宝石切面图图 蓝宝石晶体结构图上视图 蓝宝石晶体结构侧视图 d e r e t s i g e R n 机械加工 晶体 U 晶棒 蓝宝石的硬度非常高, 在自然材料中其硬度仅次于金刚石, 但是在LED器件的制 作过程中却需要对它进行减薄和切割 (从400nm减到100nm左右)。添置完成减薄和切 割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。 蓝宝石衬底导热性能不是很好(在100℃约为25W/m·K) ,制作大功率LED往 d 往采用倒装技术 (把蓝宝石衬底剥离或减薄)。 e r ◆硅衬底: e t 硅硅是热的良导体是热的良导体,,所以器件的导热性能可以明显改善所以器件的导热性能可以明显改善,,从而延长了器件的寿命从而延长了器件的寿命。。 s i ◆碳化硅衬底: g e 碳化硅衬底 (CREE公司专门采用SiC材料作为衬底 )的LED芯片,电极是L型电极, R 电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好,有利 n 于做成面积较大的大功率器件。 U 优点:碳化硅的导热系数为490W/m·K ,要比蓝宝石衬底高出10倍以上。 缺点:碳化硅制造成本较高,实现其商业化还需要降低相应的成本。 三种衬底材料的性能比较 膨胀 导热系数 导热 抗静电 衬底材料 系数 稳定性 d 成本 (W/m·K) -6 性 能力 ( ×10 ) e r 蓝宝石(Al O ) 46 1.9 一般 差 中 一般 2 3 e t 硅硅(Si)(Si) 150150 5~205~20 s良良 好好 低低 好好 i g 碳化硅(SiC) 490 -1.4 良 好 高 好 e R 除了以上三种常用的衬底材料之外,还有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作为衬底, n 通常根据设计的需要选择使用。 U 2012-10-31 15 5 .4 LED外延层材料 晶粒种类 类别 颜色 波长 结构 红 645nm~655nm d AlGaAs/GaAs 高亮度红 630nm~645nm AlGaInP/GaAs 橙 e GaAsP/GaP 605nm~622nm r 高亮度橙 e AlGaInP/GaAs 黄 t GaAsP/GaP 585nm~600nm 高亮度黄高亮度黄 s AlGaInP/GaAsAlGaInP/GaAs 可见光 i 黄绿 g GaP/GaP 569nm~575nm 高亮度黄绿 e AlGaInP/GaAs 绿 GaP/GaP 高亮度绿 R 555nm~560nm AlGaInP/GaAs n 490nm~540nm GaInN/Sapphire 高亮度蓝绿/绿 高亮度蓝 455nm~485nm GaInN/Sapphire U GaAs/GaAs 不可见光 红外线nm AlGaAs/GaAs AlGaAs/AlGaAs d e r e λ=hc/E t ≈1240/Eg (nm ) s i g e R n Ⅲ- Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族元素的带隙与晶格常数的关系 U 照明领域使用的LED有两大类: 一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金(AlGaInP或AlInGaP),可以做成红色、橙色和黄色的LED; 二类是氮化铟和氮化镓的合金 (InGaN),可以做成绿色、蓝色和白色的LED。 发光材料主要由Ⅲ- Ⅴ族直接带隙材料构成。其他还有IV族化合物体碳化硅、II-VI族化合物硒化锌等。 5 .5 其他改善型LED结构 d e r e t s i g e R n Page9 (a)台湾工研院光电所用ITO层制作的微电流散布层 U 厚的窗口层可以增加电流的均匀分布,但厚的窗口层不易制作而且价格 昂贵。增加一层电流扩散层,可降低串联电阻,使加于LED上的电流扩散开, 提高发光效率。以前很多采用Ni /Au层的,现在主要使用ITO层。 d e r e t s i g e R (b)东芝公司用N局限层在P电接触区减少不发光区电流的分布以增加效率 n U 一般电流局限层 (CBL )都是间接做在P极下,CBL层很多用SiO2做成,其 目的是使电流流不到在电接触区下的量子阱区,防止只在电极附近发光。 d e r e t s i g e R (c) Cree 公司用采用倒梯形结构提高出光效率 n U (1) 倒装法,减少电流扩散层(Ni,Au)的影响 (2) 改变几何外形,缩短光的传播路程 d e r 1. LED的结构 e t 2.2. LEDLED的原理的原理 s i g 3. LED的特性 e R n U d e r e t s PN结的形成 i g e R n U d e r 1. LED的结构 e t 2.2. LEDLED的原理的原理 s i g 3. LED的特性 e R n U LED的基本特性: d (1)伏安特性; e r e 正向电压Vf ; 反向漏电流Ir; 反向击穿电压 t s i (2)光学特性; g e 峰值波长; 波长半宽度; 光通亮; 光强; R n U LED光源的优点: d (1) 工作寿命长; e (2) 耗电低; r e (3) 响应时间快; t s (4)(4) 体积小体积小,,重量轻重量轻,,耐抗击耐抗击;; i (5) 易于调光,调色,可控性大; g (6) 不存在诸如水银,铅等环境污染物,不会污染环境; e R n 绿色照明 U 1991年1月,美国环保局(EPA)首先提出实施 “绿色照明(Green lighting)” 和退出 “绿色照明工程(Green lighting program)”的概念。绿色照明光 源一般是指具有效率高,寿命长,安全和性能稳定的照明电器产品。 CREE XLampÒ - “LED City – LED城市” d e r e t s i g e R 北美及中国大陆大量示范性LED路灯工程! n U 175 W HID灯– 消耗210 W系统功率 达到同样亮度的LED街灯,仅消耗118 W系统功率 CREE XLampÒ - “LED Workplace – LED工作场所” d e r e t s i g e R 位置 传统光源 LED光源(厂家) 节省耗电 n 前台 CFL, 52W Renaissance 15 W - 42 W 21% ~ 71% U 接待区 CFL, 52W LED Lighting Fixture 12 W 77% CREE XLampÒ - “LED Workplace – LED工作场所” d e r e t s i g 位置 传统光源 LED光源(厂家) 节省耗电 e 停车库 HPS, 高压钠灯, 500 W Beta Lighting 238 W 52% R 洗墙灯 HID灯, 175 W Beta Lighting 74 W 57% n 聚光灯 HPS, 高压钠灯, 150 W Beta Lighting 51 W 65% U 入口处 CFL, 荧光灯, 52W LED Lighting Fixture 12 W 76% 1.3 LED特点 发光二极管(LED)作为第三代半导体照明光源。这种产品具有很多梦幻般优点: d (1) 光效率高:光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到50% 以上。而光效差不多的白炽灯可见 光效率仅为10%-20% 。 e (2) 光线质量高:由于光谱中没有紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射,属于典型的绿色照明光源 r 。 (3) 能耗小:单体功率一般在0.05-1w,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要,浪费很少。以其 e 作为光源,在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-10。 t (4) 寿命长:光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体灯正常情况下可以使用50年,即使 长命百岁的人长命百岁的人,,一生最多也就用一生最多也就用22只灯只灯。。 s i (5) 可靠耐用:没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小,维护费用极为低廉。 (6) 应用灵活:体积小,可以平面封装,易开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应 用产品。 g (7) 安全:单位工作电压大致在1.5-5v之间。 e (8) 绿色环保:废弃物可回收,没有污染,不像荧光灯一样含有汞成分。 (9) 响应时间短:适应频繁开关以及高频运作的场合。 R 影响LED产业发展最重大的变化,是高亮度白光LED 的发明。自1997年白光LED发明后,专家对白光 LED进入普通照明领域的可能进行了研究。作为光源,LED优势体现在三个方面:节能、环保和长寿命。 n LED不依靠灯丝发热来发光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯10%的能耗,相比萤光灯,LED 也可以达到50%的节能效果。在使用寿命方面,LED采用固体封装,结构牢固,寿命达10万小时,是萤光灯 U 的10倍,白炽灯的100倍。在环保方面,用LED交替萤光灯,避免了萤光灯管破裂外溢汞的二次污染。 d See You Next Time! e r e t s i g e R n U 中国专利检索及下载 (1)中国知识产权局: /zljs/ d e r e t s i g e (2)中国专利全文打包下载: R /cnpat/cn_patent.asp n U