LED制造技术与应用.docx

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LED制造技术与应用

LED_制造技术与应用（总6页）

LED制造技术与应用

1，LED的基本概念：

LED是发光二极管（LightEmittingDiode）的简称。

顾名思义，发光二极管就是一种可以将电能转化为光能的电子器件并具有二极管的特性。

LED是一种半导体二极管，与普通半导体二极管一样有两个电极。

LED在工作时需要外加电源，由正负两极导入二极管内。

LED在内部结构上有P区和N区，二者相结合的界面称为PN结。

二极管是一种允许电流单向流动的器件。

根据加在二极管两端电压的大小，利用通过LED的电流最终使PN结发光。

2，LED的基本结构和发光原理

LED器件的制造是为了得到光，它的结构与普通的半导体二极管不一样，结构如下图所示：

发光原理

P区带有过量的正电荷（称为空穴），N区带有过量的负电荷（称为电子），当正向导通的电压加在这个半导体的PN结上时，电子就会从N区向P区移动。

在两者的交界处，电子和空穴发生复合，复合过程中能量就会以光的形式从LED中发射出来。

图示如下：

电子和空穴的复合又分两种方式：

一是伴随光的辐射的复合，二是不伴随光的辐射复合。

对发光器来讲主要研究第一种方式，得到200至1550nm的波长范围内的可见光谱。

从而做成实用的发光器件。

3，LED芯片制作的工艺流程

LED的制作工艺流程分为两大部分。

首先在衬底上制作氮化镓基的外延片，这个过程主要是在金属有机物化学气相沉积（MOCVD）外延炉中完成的。

准备好制作氮化镓（GaN）基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。

接下来是对LEDpn结的两个电极进行加工（电极加工业师LED制作的关键工序），并对LED毛片进行减薄，划片；然后对毛片进行测试和分选，就可以得到所需要的LED芯片。

下图是制造工艺流程图：

注：

MOCVD外延炉是最重要的LED制造设备，一台这样的机器造价要100多万美元。

是投资的较大环节。

还有制造电极的光刻机，刻蚀机，离子注入机，都需不少的投资。

划片机还要使用十分坚硬的刀片，否则不能划断蓝宝石。

总的来说，制作LED芯片，要投入的资本是很大的。

4，制作LED的pn结电极

其制作工艺一般采用光刻，真空电子束蒸发，湿法腐蚀和剥离等方法。

当前普遍采用的是p型接触电极是镍/铜，可以使电极具有良好的透光性和电学性能。

在LED芯片的制作工艺中，为了尽量减少电极之间的相互影响，需要对N型电极进行合金。

LED封装

LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看到，加入电流后才能发光。

在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正，负电极之外，同时要对LED芯片和两个电极进行保护，所以需对LED进行封装。

有：

引脚式封装，平面发光器件的封装，SMD的封装，食人鱼LED的封装，大功率LED的封装

下面以引脚式封装为例，LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见是直径为5毫米的圆柱型的封装。

这种技术就是将LED芯片粘结在引线架上，芯片的正极用金丝键合连接到另一引线上。

负极用银浆粘接在支架反射杯内或用金和反射杯引脚相连。

然后顶部用环氧树脂包封，做成直径为5毫米的圆形外型。

如图所示：

它的制作工艺流程和选用设备：

单金炉，切片机，磨片机，抛光机等。

LED的生产车间对温度，湿度，静电等都有较高的要求。

将LED封装成LED光电器件，必须进行光学设计。

业内称一次光学设计，在使用LED发光器件时，整个系统的出光效果，光强，色温的分布状况也必须进行设计，这称为二次光学设计。

这都是需要专业人士的。

与LED应用相关的技术问题：

LED的驱动方式，LED的散热技术，LED的二次光学设计，LED的防静电控制等等

LED的重要参数

1.正向工作电流If：

　　它是指发光二极体正常发光时的正向电流值。

在实际使用中应根据需要选择IF在·IFm以下。

　　2.正向工作电压VF：

　　参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。

一般是在IF=20mA时测得的。

发光二极体正向工作电压VF在～3V。

在外界温度升高时，VF将下降。

　　特性：

　　发光二极体的电压与电流的关系，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。

当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。

　　4.发光强度IV：

　　发光二极体的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。

若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。

由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用烛光（坎德拉,mcd）作单位。

　　的发光角度：

　　-90°-+90°

　　6.光谱半宽度Δλ:

　　它表示发光管的光谱纯度。

　　7.半值角θ1/2和视角：

　　θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。

　　8.全形：

　　根据LED发光立体角换算出的角度，也叫平面角。

　　9.视角：

　　指LED发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。

　　10.半形：

　　法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。

严格上来说，是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。

LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。

　　11.最大正向直流电流IFm：

　　允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极体。

　　12.最大反向电压VRm：

　　所允许加的最大反向电压。

超过此值，发光二极体可能被击穿损坏。

　　13.工作环境topm:

　　发光二极体可正常工作的环境温度范围。

低于或高于此温度范围，发光二极体将不能正常工作，效率大大降低。

　　14.允许功耗Pm:

　　允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。

超过此值，LED发热、损坏。

LED与LED可见光通讯技术

既然高功率LED即将成为下一代固态照明（SSL）的主力,电子产业界也浮现了更为大胆的新思维。

也就是舍弃拥挤不堪的射频频宽,改用速度快到人眼难以辨识的LED切换方式来传送数据,这样的方式便称为LED可见光通讯（VLC）。

透过先进的技术支援,每一种新的LED灯具都能以有线方式接取骨干网路,使不同设备间可实现无所不在的无线通讯,且不会增加现有射频频宽的负担。

这种LED可见光通讯传输技术多采用白光LED,因为白光LED特点为快速反应,能作为可见光通讯技术的基础。

LED可见光传输技术是利用萤光灯或是白光LED等室内照明设备,发出肉眼无法察觉的高速明暗闪烁讯号,以无线方式来传输资料。

采用可见光是因为其波长范围大,可透过设计将可见光讯号透过不同波长传输。

而研发人员也会测试不同光波长,利用构成白光的不同色彩,对多条资料流进行编码内容的研发。

　　LED可见光通讯技术的优点,在於可避免一般WLAN或高频无线传输的电磁波,对人体与周边电子设备造成干扰的影响,并可取代无线基地台,同时具备安全性高的特点。

目前许多业界、标准组织,或者得到政府资助的计划都开始研发LED可见光通讯,其前景十分被看好。

毕竟仅传统照明市场的规模便达到数兆美元,未来过渡到固态照明市场,其商机十分可观。

LED的应用

照明

景观照明市场：

包括建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等，主要用于重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、桥梁、社区、庭院、草坪、家居、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。

　　汽车市场：

车用市场是LED运用发展最快的市场，主要用于车内的仪表盘、空调、音响等指示灯及内部阅读灯，车外的第三刹车灯、尾灯、转向灯、侧灯等。

背光源市场：

LED作为背光源已普遍运用于手机、电脑、手持掌上电子产品及汽车、飞机仪表盘等众多领域。

　　交通灯市场：

由于红、黄、绿光LED有亮度高、寿命长、省电等优点，

　　特殊工作照明和军事运用：

由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及热辐射低、体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工作环境之中。

无线传输

上海世博会上，中科院展出了一盏外观普通，发着柔和灯光的LED台灯，这盏“神灯”虽然不会让你家财万贯，梦想成真，但是却可以在它灯光的照耀下通过一个小小的接收装置就可以让你的笔记本电脑轻松连入互联网，不需要网线，也不需要无线网卡。

　　那这种技术是怎样实现的呢？

　　我们都知道笔记本上高清晰的视频节目，超链接下一张张的网页，下载的各种应用程序其中都包括了海量的数据，为了使电磁波能够传递数据，就要让电磁波的强度随着时间不断变化，以代表不同的信息，这样的过程称为“调制”。

无线电波可以通过一定的电路对它们进行快速的调制，可是对于以前的电灯来讲，却是不容易的。

近些年来普遍使用的LED（发光二极管）灯就不同了，可以通过调节发光二极管两端的电压迅速调节灯的亮度，世博会上展示的LED灯每秒可以“闪烁”达200万次，提供的网速甚至足以超过现有的无线上网。

在接受的一端，笔记本上的光电转换器会把变化的光线源源不断地转换成电信号，经过进一步处理变为一张张我们可以浏览的网页。

电脑的数据也可以通过接收器上的红外LED灯发射出来，传送给控制器。