LED半導體照明-顯示基礎知識

LED照明/顯示基礎知識

第一章LED照明基礎知識..........................................................................4

1、半導體照明的概念.........................................................................4

2、LED基本發(fā)光原理..........................................................................4

3、LED光源的特點............................................................................6

4、LED的優(yōu)點................................................................................7

5、LED發(fā)展歷史..............................................................................8

6、LED顯示屏常用術(shù)語解釋....................................................................9

7、LED極限參數(shù)的意義.......................................................................21

8,LED的分類...............................................................................22

9、LED的適用范圍和各類應用................................................................26

10、LED產(chǎn)業(yè)鏈分布..........................................................................28

11、LED發(fā)展現(xiàn)狀............................................................................29

12、LED發(fā)展趨勢............................................................................30

總結(jié)：LED照明設計..........................................................................30

第二章LED襯底材料的基本知識...................................................................31

1、LED襯底的概念和作用.....................................................................31

2、LED襯底材料的種類.......................................................................32

3、LED襯底選擇的原則.......................................................................36

4、LED襯底的工藝流程.......................................................................37

第三章LED外延片基礎知識.......................................................................39

1、LED外延生長的概念和原理................................................................39

2、LED外延片襯底材料選擇特點..............................................................39

3、LED外延片襯底材料種類..................................................................40

4、LED外延片生長工藝.......................................................................44

第四章LED芯片基礎知識.........................................................................49

1、LED芯片的概念...........................................................................49

2、LED芯片的組成元素.......................................................................50

3、LED芯片的分類...........................................................................50

4、LED芯片特性表（詳見下表介紹）..........................................................54

5、LED芯片的工藝流程.......................................................................55

第五章LED封裝基本知識.........................................................................67

1、LED封裝的概念...........................................................................67

2、LED封裝的分類...........................................................................69

3、LED封裝工藝流程.........................................................................75

4、LED封裝器件的性能.......................................................................81

5、提高LED發(fā)光效率的技術(shù)...................................................................83

第六章白光LED的基礎知識.......................................................................87

1、白光LED的概念...........................................................................87

2、白光LED發(fā)光原理.........................................................................88

3、白光LED技術(shù)指標.........................................................................90

4、白光LED技術(shù)難點.........................................................................91

5、大功率白光LED的封裝技術(shù)研究............................................................92

第七章LED應用的基礎知識......................................................................102

1、信息顯示...............................................................................102

2、交通信號燈.............................................................................109

3、汽車用燈...............................................................................110

4、LED背光源..............................................................................114

5、半導體照明.............................................................................117

第一章LED照明基礎知識

1、半導體照明的概念

又名LED照明。

LED(LightingEmittingDiode)即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)

光材料?，在半導體中通過載流子發(fā)生復合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、

白色的光。LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。

2、LED基本發(fā)光原理

LED是由in-W族化合物，如GaAs（神化線）、GaP（磷化鎂）、GaAsP（磷神化鐵）等半導體制成的，這些半導體

材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產(chǎn)生P、N架構(gòu)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊?/p>

特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流

向p、n架構(gòu)。當空穴和電子相遇而產(chǎn)生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。

假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復

合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴

復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由

于復合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)阿以內(nèi)產(chǎn)生。

理論和實踐證明，光的峰值波長入與發(fā)光區(qū)域的半導體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即

X=1240/Eg（mm）

式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見光（波長在380nni紫光?780nm紅光），半導體材料的Eg應在3.26

?1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管，但其中藍光二極管成本

、價格很高，使用不普遍。

它所發(fā)出的光的波長（決定顏色），是由組成P、n架構(gòu)的半導體物料的禁帶能量決定。由于硅和錯是間接帶隙材

料，在這些材料在常溫下電子與空穴的復合是非輻light射躍遷，

此類躍遷沒有釋出光子，所以硅和錯二極管不能發(fā)光。但在

極低溫的特定溫度下則會發(fā)光，必須在特殊角度下才可發(fā)

現(xiàn)，而該發(fā)光的亮度不明顯。發(fā)光二極管所用的材料都是

直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可P-tjpeActiveregionN-type見光、或

近紫外線波段的光能量。

發(fā)展初期，采用神化像（GaAs）的發(fā)光二極管只能發(fā)出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發(fā)光二

極管，現(xiàn)今皆可制造。電流從LED陽極流向陰極時，調(diào)節(jié)電流，便可調(diào)節(jié)光的強度。如右圖所示。圖1：LED

發(fā)光原理圖

不同顏色的LED,所使用的不同的元素

紫外

圖2：LED顏色和元素對應圖

3、LED光源的特點

1）電壓：led使用低壓電源，供電電壓在6-24v之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全

的電源，特別適用于公共場所。

2）效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%

3）適用性：很小，每個單元led小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)

境

4）穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%

5）響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，led燈的響應時間為納秒級

6）對環(huán)境污染：無有害金屬汞

7）顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠

蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的led,隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色

8）價格：led的價格比較昂貴，較之于白熾燈，兒只led的價格就可以與一只白熾燈的價格相當，而通常每組信

號燈需由上300?500只二極管構(gòu)成

4、LED的優(yōu)點

1）高節(jié)能

節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100幅相同照明效果比

傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

2）壽命長

LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存

在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。

3）多變幻

LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生

256X256X256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。

4）利環(huán)保

環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染

不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。紅光LED含有大量的As（神），劇毒。

5)高新尖

與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、圖像處

理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升

級，靈活多變的特點。

6)體積小

LED基本上是一塊很小的芯片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。

7)高亮度、低熱量

比HID或白熾燈更少的熱輻射。

5、LED發(fā)展歷史

1)1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，效率0.llm/W,比白熾燈低100倍，售價45$/只。

2)1968年，LED的研發(fā)取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/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，可靠

4)80年代AlGaAs技術(shù)使得LED效率達到10流明/瓦，90年代的AlGalnP技術(shù)使得LED效率達到100流明/瓦。

用途：顯示，信號用。用于室外的運動信息發(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基高亮度藍色發(fā)光二極管。

用途：由于藍光LED的出現(xiàn)，人們首次實現(xiàn)紅黃藍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藍色發(fā)光二極管激發(fā)黃光熒光粉得

到白光LED,效率不足10Ini/W,

6)2000年，日亞報道了15lm/W白光LED。

7)2003年，日亞報道的光效達到60lm/W,2006年3月，其光效達到100lm/W。

8)2006年7月，Cree公司報道了130lm/W白光LED。

9)2006年11月，日亞報道的光效達到150lm/W,其效率已經(jīng)超過節(jié)能燈，實現(xiàn)了真正意義上的照明。

10)2007年3月，美國CREE公司光效達到157lm/W,目前LED的效率向200Lm/W前進。

6、LED顯示屏常用術(shù)語解釋

1)LED的顏色

LED的顏色是一個很重要的一項指標,是每一個LED相關(guān)燈具產(chǎn)品必須標明，目前LED的顏色主要有紅色,綠色,藍色

,青色,黃色，白色,暖白,琥珀色等其它的顏色。

全球第一顆LED采用的材料是種(As)化鉉(Ga),工作電壓為1.424V,其發(fā)出的光線為紅外光譜。之后，業(yè)界發(fā)展

出以磷(P)化鉉(Ga)作為LED的材料-，工作電壓為2.261V,發(fā)出的光為綠光。業(yè)界早期就透過這2種型態(tài)LED所需的材料

，調(diào)配出從紅外線到綠色光范圍內(nèi)所有波長的LED產(chǎn)品，發(fā)展出常見的紅光LED、黃光LED、橙光LED等等，這3大類LED

因為使用了錢、種、磷3種元素，故被稱為3元素LED,而藍光LED、綠光LED與紅外光LED則被稱為2元素LED。業(yè)界后來

發(fā)展出采用I混合鋁(A1)、鈣(Ca)、錮(In)和氮(N)共4種元素的4元素LED,就能夠發(fā)出所有可見光范圍與部份紫外線

光譜的光線.

2）LED的電流

LED的正向極限（IF）電流多在20mA,而且LED的光衰電流不能大于IF/3,大約15mA和18mA..LED的發(fā)光強度僅在一

定范圍內(nèi)與IF成正比，當IF>20mA時，亮度的增強己經(jīng)無法用內(nèi)眼分出來.因此LED的工作電流一般選在17T9MA左右比

較合理.前面所針對是普通小功率LED（0.04-0.08W）之間的LED而言，但大功率的LED就必須查其規(guī)格。

3）LED的電壓

我們通常所說的是LED的正向電壓,就是說LED的正極接電源正極，負極接電源負極.電壓與顏色有關(guān)系，紅、黃、

黃綠的電壓是L8-2.4v之間。白、藍、翠綠的電壓是3.0-3.6v之間,可能同樣一批LED的電壓會有一些差異,，要根據(jù)廠

家提供的為準.在外界溫度升高時，VF將下降。

LED的反向電壓VR:所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。

4）LE發(fā)光強度（I、Intensity）

簡稱光度，指光源的明亮程度。是說從光源個立體角（單位為Sr）所放射出來的光通量，也就是光源或照明燈

具所發(fā)出的光通量在空間選定方向上分布密度，也即表示光源在一定方向和范圍內(nèi)發(fā)出的可見光輻射強弱的物理量。

單位是坎德拉cd；lOOOucd（微坎德拉）=1med（毫坎德拉），1000mcd=lcd（也稱燭光）.

發(fā)光強度是針對點光源而言的，或者發(fā)光體的大小與照射距離相比比較小的場合。這個量是表明發(fā)光體在空間發(fā)

射的會聚能力的。可以說，發(fā)光強度就是描述了光源到底有多“亮”，因為它是光功率與會聚能力的一個共同的描述

。發(fā)光強度越大，光源看起來就越亮，同時在相同條件卜被該光源照射后的物體也就越亮，因此，早些時候描述手電

都用這個參數(shù)。現(xiàn)在LED也用這個單位來描述，比如某LED是15000的，單位是med,1000mcd=lcd,因此15000mcd就是

15cd?之所以LED用毫cd（med）而不直接用cd來表示，是因為以前最早LED比較暗，比如1984年標準5mm的LED其發(fā)光

強度才0.005cd,因此才用med表示，用發(fā)光強度來表示“亮度”的缺點是如果管芯完全一樣的兩個LED,會聚程度好

的發(fā)光強度就高。因此，還要看照射角度。很多高I值的LED并非提高自身的發(fā)射效率來達到，而是把鏡頭加長照射角

度變窄來實現(xiàn)。

室內(nèi)用單只LED的光強?般為500ucd-50med,而戶外用單只LED的光強一般應為100med-1000med,甚至1000med

以上。

發(fā)光強度為led的光源可放射出12.571m光通量。

5）光通量（F,Flux）

為一光源所放射出光能量的速率或光的流動速率，為說明光源發(fā)光的能力的基本量，即光源每秒鐘所發(fā)出的可見

光量之總和。單位：流明（Lm：Lumen）?

這個量是對光源而言，是描述光源發(fā)光總量的大小的，與光功率等價。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多對

于各向同性的光（即光源的光線向四面八方以相同的密度發(fā)射），則F=4nl（n為發(fā)光角度）。也就是說，若光源

的I為led,則總光通量為4n=12.56lm?

人眼對不同顏色的光的感覺是不同的，此感覺決定了光通量與光功率的換算關(guān)系。對于人眼最敏感的555nm的黃

綠光，1W=6831m,也就是說，1W的功率全部轉(zhuǎn)換成波長為555nm的光，為683流明。這個是最大的光轉(zhuǎn)換效率，也

是定標值，因為人眼對555nm的光最敏感。對于其它顏色的光，比如650nm的紅色，1W的光僅相當于73流明，這是因

為人眼對紅光不敏感的原因。對于白色光，要看情況了，因為很多不同的光譜結(jié)構(gòu)的光都是白色的。例如LED的白光

、電視上的白光以及日光就差別很大，光譜不同。常用白光LED流明舉例：0.06Wf3-5LM,0.2W-13-15LM,1W-60-80LM

O

一個］00瓦（w）的燈泡可產(chǎn)生17501m,而一支40w冷白日光燈管則可產(chǎn)生31501m的光通量。

6）照度（E,Iluminance）單位勒克斯即lx（以前叫l(wèi)ux）

即受照平面上接受光通量的密度，可用每一單位面積的光通量來測量。11m的光通量均勻分布在1平方公尺（m2）

的表面，即產(chǎn)生1勒克新（LUX,IX）的照度11m的光通量落在1平方英尺（ft2）的表面，其照度值為1尺燭光（Footcandle

,fC）。桌面、工作面的照度不應少于1501X。起居室的照明采用光線柔合的半直接型照明燈具較理想，其平均照度

應達到1001X左右。閱讀和書寫用的燈具功率可大些，照度應達到2001X。

7）亮度

亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發(fā)光強度。單位：尼特（nit）

8）光效

光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標，是以其所發(fā)出光的流明除以其耗電量所得之

值。單位：每瓦流明（Lm/w）-

光源效率（Lm/w）=流明（Lm）/耗電量（W）也就是每一瓦電力所發(fā)出光的量，其數(shù)值越高表示光源的效率越高

,也越為節(jié)能。所以效率通常是我們經(jīng)常要考慮的一個重要的因素。

9）波長

光的色彩強弱變化，是可以通過數(shù)據(jù)來描述，這種數(shù)據(jù)叫波長。我們能見到的光的波長，范圍在380至780nm之間

。單位：納米（nm）

波長分類:

Bt科、箍皿

3

圖3：波長分類圖

Wavelength(nm)RELATIVEINTENSITYVsWAVELENGTH(M)

1-^430nm/Blue,470nm/Blue6—*655nm/Red

2—568nm/YellowGreen7—660nm/superRed

3一585nm/Yellow8—^7OOnm/BrightRed

4—*61Onm/Amper9fGaAlAs880nm

5—*635nm/Orange10-^GaAs/GaAs&GaAlAs/GaAs940nm

10)顯色性

光源對物體本身顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是顏色逼真的程度；通常叫做〃顯色指數(shù)〃，單位：Rao光源的

顯色性是由顯色指數(shù)來表明，它表示物體在光下顏色比基準光(太陽光)照明時顏色的偏離，能較全面反映光源的顏

色特性。顯色性高的光源對顏色表現(xiàn)較好，我們所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對顏色表現(xiàn)較差，我

們所見到的顏色偏差也較大。國際照明委員會CIE把太陽的顯色指數(shù)定為100,各類光源的顯色指數(shù)各不相同，如

：高壓鈉燈顯色指數(shù)Ra=23,熒光燈管顯色指數(shù)Ra=60~90。顯色分兩種：忠實顯色：能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來的顏色

需使用顯色指數(shù)(Ra)高的光源，其數(shù)值接近100,顯色性最好。

色坐標(CIE)：

0.9

0.8

0.7

0.6-'

?>

0.5

0.4

0.3

0.2

0.10.20.304050.60.7

圖4：色坐標圖

11）色溫

光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度F輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。單位：開爾文（k）。

色溫究竟是指什么？我們知道，通常人眼所見到的光線，是由光的三原色（紅綠藍）組成的7種色光的光譜所組

成。色溫就是專門用來量度光線的顏色成分的。

用以計算光線顏色成分的方法，是19世紀末山英國物理學家洛德?凱爾文所創(chuàng)立的，他制定出了一整套色溫計算

法，而其具體界定的標準是基于以一黑體輻射器所發(fā)出來的波長。

凱爾文認為，假定某一純黑物體，能夠?qū)⒙湓谄渖系乃袩崃课眨鴽]有損失，同時又能夠?qū)崃可傻哪芰?/p>

全部以“光”的形式釋放出來的話，它便會因受到熱力的高低而變成不同的顏色。例如，當黑體受到的熱力相當于500

—550℃時，就會變成暗紅色，達到1050—1150℃時，就變成黃色……因而，光源的顏色成分是與該黑體所受的熱力

溫度相對應的。只不過色溫是用凱爾文（°K、也就是絕對溫度）的色溫單位來表示，而不是用攝氏溫度（°C）單位表

示的。在加熱鐵塊的過程中，黑色的鐵在爐溫中逐漸變成紅色，這便是黑體理論的最好例子。當黑體受到的熱力使它

能夠放出光譜中的全部可見光波時，它就由紅轉(zhuǎn)變橙黃色、黃色最后變成白色，通常我們所用燈泡內(nèi)的鋁絲就相當于

這個黑體。色溫計算法就是根據(jù)以上原理，用。K來表示受熱鴇絲所放射出光線的色溫。根據(jù)這一原理，任何光線的

色溫是相當于上述黑體散發(fā)出同樣顏色時所受到的“溫度”。

顏色實際上是一種心理物理上的作用。所有顏色印象的產(chǎn)生，是由于時斷時續(xù)的光譜在眼睛上的反應，所以色溫

只是用來表示顏色的視覺印象。攝影人都知道：有光才有色，沒有光就沒有色。

彩色膠片的設計，一般是根據(jù)能夠真實地記錄出某一特定色溫的光源照明來進行的，分為5500°K日光型、3200

°K燈光型等多種。因而，攝影家必須懂得采用與光源色溫相同的彩色膠卷，才會得到準確的色彩再現(xiàn)。如果光源的

色溫與膠卷的色溫互相不平衡，就不會對色彩進行準確的還原。這時，我們就要靠濾光鏡來提升或降低光源的色溫，

使曝光條件與膠卷擬定的色溫相匹配，才會有準確的色彩再現(xiàn)。而數(shù)碼照相機、攝像機等要求進行白平衡調(diào)整，實際

上也就是對數(shù)碼機器進行拍攝環(huán)境的基礎色溫定位。目的是同樣的：為了色彩的準確再現(xiàn)。

如何準確地進行色溫定位？這就需要使用到“色溫計”啦。一般情況下，正午10點至下午2點，晴朗無云的天空

,在沒有太陽直射光的情況下，標準日光大約在5200~5500。K。新聞攝影燈的色溫在3200°K；一般鋁絲燈、照相館

拍攝黑白照片使用的鴇絲燈以及一般的普通燈泡光的色溫大約在2800°K；由于色溫偏低，所以在這種情況下拍攝的

照片擴印出來以后會感到色彩偏黃色。而一般日光燈的色溫在7200、8500。K左右，所以在日光燈下拍攝的相片會偏青

色。這都是因為拍攝環(huán)境的色溫與拍攝機器設定的色溫不對造成的。一般在擴印機上可以進行調(diào)整。但如果拍攝現(xiàn)場

有日光燈也有鋁絲燈的情況，我們成為混合光源，這種片子很難進行調(diào)整。

不同光源環(huán)境的相關(guān)色溫度。

光源色溫

北方晴空8000-8500k

陰天6500-7500k

夏日正午陽光5500k

金屬鹵化物燈4000-4600k

下午日光4000k

冷色瑩光燈4000-5000k

rWj壓汞燈3450-3750k

暖色營光燈2500-3000k

鹵素燈3000k

鋁絲燈2700k

高壓鈉燈1950-2250k

蠟燭光2000k

光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000k以下有溫暖的感覺，達到穩(wěn)重的氣氛；色溫在3000k-5000k為中間色

溫,有爽快的感覺；色溫在5000k以上有冷的感覺。

12）眩光

視野內(nèi)有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，所造成的視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。

13）發(fā)光角度

二極管發(fā)光角度也就是其光線散射角度，主要靠二極管生產(chǎn)時加散射劑來控制，有三大類：

A指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。發(fā)光角度5。~20。或更小，具有很高

的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。

B準型。通常作指示燈用，其發(fā)光角度為20°~45。。

C散射型。這是視角較大的指示燈，發(fā)光角度為45°~90°或更大，散射劑的量較大。

LED的發(fā)光角度是LED應用產(chǎn)品的重要參數(shù)。

14、同步性

兩個或兩個以上LED燈在不規(guī)定時間內(nèi)能正常按程序設定的方式運行，一般指內(nèi)控方式的LED燈，同步性是LED燈

實現(xiàn)協(xié)調(diào)變化的基本要求。

15）防護等級

IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級，由兩個數(shù)字所組成，第一個數(shù)字代表燈具防塵、防止外

物侵人的等級（分0-6級），第二個數(shù)字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級），數(shù)字越大表示其防護等

級越高。

16）光譜

光譜是復色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖

案。

光波是由原子內(nèi)部運動的電子產(chǎn)生的.各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運動情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同.

研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科——光譜學.

吸收光譜高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)

生的光譜，叫做吸收光譜。例如，讓弧光燈發(fā)出的白光通過溫度較低的鈉氣（在酒精燈的燈心上放一些食鹽，食鹽受

熱分解就會產(chǎn)生鈉氣），然后用分光鏡來觀察，就會看到在連續(xù)光譜的背景中有兩條挨得很近的暗線。這就是鈉原子

的吸收光譜.值得注意的是，各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應.這

表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光.因此，吸收光譜中的譜線（暗線），也是原子

的特征譜線，只是通常在吸收光譜中看到的特征譜線比明線光譜中的少.

在我們眼里大部分光源所發(fā)出的光皆通稱為白光，實際上肉眼看上去的不同光源所發(fā)出的白光會因色溫的高低而

呈現(xiàn)不同的顏色。光色愈偏藍，色溫愈高偏紅則色溫愈低。人的眼睛有時會被自己的感覺所愚弄，感到差異不大，

但在我們拍攝照片上，可以看到最直接的效果，比如在晴空下拍攝的照片，可能會發(fā)藍發(fā)冷，而在燈光下拍攝的照片

（不打開閃光燈），會呈現(xiàn)明顯暖調(diào)的橙紅色。

17）色表

是指人眼直接觀察光源時所看到的顏色。街道高壓鈉燈發(fā)出的光既亮且白，但當看到被照射的人的面孔時顯表灰

色，這說明高壓鈉燈的色表并不差，但顯色性不好。

18）平均壽命

指一批燈至50%的數(shù)量損壞時的小時數(shù)。單位：小時（h）。

19）經(jīng)濟壽命

在同時考慮燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時數(shù)。室外的光源為70%,室

內(nèi)的光源為80%。

20）LED象素模塊

LED排列成矩陣或筆段，預制成標準大小的模塊。室內(nèi)顯示屏常用的有8*8象素模塊、8字7段數(shù)碼模塊。戶外顯示

屏象素模塊有4*4、8*8、8*16象素等規(guī)格。戶外顯示屏用的象素模塊因為其每?象素由兩只以上LED管束組成，固又

稱其為集管束模塊。

21）象素（Pixel）與象素直徑

LED顯示屏中每一個可被單獨控制的LED發(fā)光單元（點）稱為象素（或象元）。象素直徑4是指每一象素的直徑，單位

是毫米。

對于室內(nèi)顯示屏，?般一個為單個LED,外形為圓形。室內(nèi)顯示屏象素直徑校常見的有03.0、@3.75、$5.0、

少8.0等，其中以#3.75和『5.0最多。

在戶外環(huán)境，為提高亮度，增加視距，?個象素含有兩只以上集束LED；由于兩只以上集束LED一般不為圓形，固

戶外顯示屏象素直徑一般用兩兩象素平均間距表示：口10、口11.5、口16、口22、口25。

22）點間距、象素密度與信息容量

LED顯示屏的兩兩象素的中心距或點間距（DotPitch）；單位面積內(nèi)象素的數(shù)量稱為象素密度；單位面積內(nèi)所含

顯示內(nèi)容的數(shù)量稱為信息容量。這三者本質(zhì)是描述同一概念：點間距是從兩兩象素間的距離來反映象素密度，點間距

和象素密度是顯示屏的物理屬性；信息容量則是象素密度的信息承載能力的數(shù)量單位。

點間距越小，象素密度越高，信息容量越多，適合觀看的距離越近。

點間距越大，象素密度越低，信息容量越少，適合觀看的距離越遠。

23）分辨率

LED顯示屏象素的行列數(shù)稱為LED顯示屏的分辨率。分辨率是顯示屏的象素總量，它決定了一臺顯示屏的信息容量

O

24）灰度

灰度是指象素發(fā)光明暗變化的程度，?種基色的灰度一般有8級至1024級。例如，若每種基色的灰度為256級，對

于雙基色彩色屏，其顯示顏色為256X256=64K色，亦稱該屏為256色顯示屏。

25）雙基色

現(xiàn)今大多數(shù)彩色LED顯示屏是雙基色彩色屏，即每一個象素有兩個LED管芯：一為紅光管芯，一為綠光管芯。紅光

管芯亮時該象素為紅色，綠光管芯亮時該象素為綠色，紅綠兩管芯同時亮時則該象素為黃色。其中紅，綠稱為基色。

26）全彩色

紅綠雙基色再加上藍基色，三種基色就構(gòu)成全彩色。由于構(gòu)成全彩色的藍色管和純綠色管芯較貴，故目前全彩色

屏相對較少。

卜面為主要的LED照明需要的性能指標:

符

名稱單位說明

號

光通量①流明Lm發(fā)光體每秒種所發(fā)出的光量之總和，即光通量

坎德

光強Icd發(fā)光體在特定方向單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量

拉

勒克

照度ELm/m2發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量

斯

亮度L尼脫cd/m2發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量

光效每瓦流明Lm/w電光源將電能轉(zhuǎn)化為光的能力，以發(fā)出的光通量除以耗電量來表示

平均壽

小時指一批燈至百分之五十的數(shù)量損壞時的小時數(shù)

命

在同時考慮燈的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至一

經(jīng)濟壽特定的小時數(shù)。

小時

命此比例用于室外的光源為百分之七十，用于室內(nèi)的光源如日光燈則為百分

之八十。

7、LED極限參數(shù)的意義

1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。

2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。

3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。

4）工作環(huán)境topni:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作

,效率大大降低。

8、LED的分類

1）按發(fā)光管發(fā)光顏色分

按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極

管中包含二種或三種顏色的芯片。

根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透

明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達于做指示燈用。

2）按發(fā)光管出光面特征分

按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為62mm

、04.4mm、65mm、④8mm、610mm及620mm等。

國外通常用“T”，代表“Tube”，表示管狀的燈管直徑，T后面的數(shù)字表示燈管直徑；T8就是有8個“T”，一個

“T”就是1/8英寸。

1英寸=25.4mm。那么每一個“T”就是25.4+8=3.175mm

如：T8燈管：T8燈管的直徑就是（8/8）X25.4=25.4mm[T8的剛好是直徑一英寸的燈管]

3）從發(fā)光強度角分布圖來分有三類:

（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5。?20°或更小，具

有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。

（2）標準型。通常作指示燈用，其半值角為20°?45°。

（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°?90°或更大，散射劑的量較大。

4）按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分

按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。

5）按發(fā)光強度和工作電流分

按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強度lOmcd）；把發(fā)光強度在10?lOOmcd間的叫高亮度發(fā)光二極

管。達到或超過lOOmcd的稱超高亮度。

一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。

6）按照封裝式樣和用途分

★SMD^LED

SMD是目前LED最新的發(fā)展，目前主要被應用于3c科技商品上，如手機屏幕背光源.音響背光源.手機按鍵光源.汽

車面板背光源.電器按鍵訊號燈等應用上，照射角度大所以光束能夠均勻擴散，但是制作成本極高！

表面貼裝二極管或表面貼裝元器件都是他的叫法，這個里面也有多中類別：

按形狀大小分：0603、0805、1210、5060、1010等等，一般SMD都是菱形的，所以其叫法都是根據(jù)長*寬的尺寸來

叫，行業(yè)善用的都是英寸，不是毫米，也有用毫米叫的，不如1608（1.6*0.8mm）等。

發(fā)光顏色和膠體的種類和LAMPLED產(chǎn)品一樣，只是產(chǎn)品的形狀發(fā)生了很大的變化。

★LAMP型LED

LAMP的體積大且照射角度較小因而光束為聚光型，主要應用在戶外廣告牌.指示燈.電器訊號燈.交通號志燈。

有叫它P2產(chǎn)品的、也有叫它插件LED的，不管怎么樣只要是直插式的都歸與…種。而LED種類里面還有很多種類:

按膠體形狀分：3mm>4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、橢圓形、墓碑形、還有一些特殊形狀等等；

按膠體顏色分：無色透明、有色透明、有色散射、無色散射等；

按顏色分：紅色（red）、橙色（orange）、黃色（yellow）、黃綠色（greenyellow）,綠色（green）、藍

綠色（bluegreen）、藍色（blue）、紫色（pink）、紫外線（uv）、白色（white）、紅外線等等;

★食人魚型LED

食人魚則是兼具了SMD及LAMP的優(yōu)點，且照射角度也比LAMP大，加上防水技術(shù)成熟，且擁有高亮度、省電力、長

壽命的特性，可對應汽車室內(nèi)燈較大之車種，超優(yōu)質(zhì)量超低價格」成為目前市場上最物美價廉的最佳車內(nèi)照明選擇,

而因技術(shù)一成熟所以制作成本較SMD便宜，目前均被廣泛的應用在汽車照明系統(tǒng)，物超所值所以深受開車族的喜愛。

這個是因LED的發(fā)光效率不能滿足汽車使用其要求，所以就開發(fā)了這個產(chǎn)品，是小功率產(chǎn)品，其驅(qū)動電流一般在

50MA、一般LED用的20MA,最高電流可以達到70mA,就是因為其散熱比較好，一般用在汽車后尾燈。

★大功率（powerled）

現(xiàn)有照明的LED產(chǎn)品,它有以下分類：

按功率分：lw、3w、5w、等等

按頂部發(fā)光透鏡分:平頭、聚光、酒杯形狀等

按工藝還有鋁基板的和防luminous的。

★數(shù)碼管（Display）

最早用在來做顯示屏和數(shù)碼顯示用的：

按外形分：1位、2位、3位、4位等等

表面顏色：灰面黑膠的、也有黑面白膠的，等等

極性：共陰、共陽

顏色也和LAMPLED一樣可以做很多種類。

★點陣（LEDDotMatrix）

這個產(chǎn)品和數(shù)碼管差不多，都是應用在信息顯示的。其間距和孔的直徑有改變都是不同的產(chǎn)品，現(xiàn)在一般分5*7

和8*8的，其顏色有單色、雙色、三基色的等等。

按顏色分：單紅，單綠，雙基色，三基色等；

按孔的直徑分：①2.0,①3.0,03.75,①5.0等；

按點數(shù)分：5*7,8*8,16*16等

還有一些其它的產(chǎn)品：如像素管（cluster）、測光源（LEDSideLightSource）＞紅外線接收和發(fā)射產(chǎn)品（Infrared

&Photodiode）等等。

紅外線（IRLED）—＞三元芯片（GaAlAs/GaAs）,波長940nm,工作電壓/電流1.3V/50mA,遙控器用的比較多。

紅外線（IRLED）—＞三元芯片（GaAlAs）,波長850nm,工作電壓/電流1.5V/50mA,紅外線監(jiān)視器輔助照明。

正紅光LED—>三元芯片(GaAlAs),波長660nm,工作電壓/電流1.7~2.0V/20mA,亮度較低，衰減快，用途少。

紅光LED—>四元芯片(AlGalnP),波長630nm,工作電壓/電流1.8~2.2V/20mA,亮度高，壽命長，一般用來取代

正紅光，用途有紅綠燈的紅燈、汽機車尾燈煞車燈、全彩LED廣告牌的紅光……等。

橘光LED—>四元芯片(AlGalnP),波長610nm,工作電壓/電流1.8~2.2V/20mA,亮度高但用途少。

黃光LED—>四元芯片(AlGalnP),波長592nm,工作電壓/電流1.8~2.2V/20mA,亮度高，壽命長，用途有紅綠燈

的黃燈、汽機車方向燈....等。

黃綠光LED—>四元芯片(AlGalnP),波長570nm,工作電壓/電流1.8~2.2V/20mA,亮度較低但用途不少，計算機

機殼電源燈、紅綠雙色字幕機...等。

草綠光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波長525nm,工作電壓/電流3.0~3.6V/20mA,亮度高，用途大部分是全彩

LED廣告牌的綠光。

綠光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波長515nm,工作電壓/電流3.0~3.6V/20mA,亮度高，?般用途。

青綠光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波長525nm,工作電壓/電流3.0~3.6V/20mA,亮度高，大部分用在紅綠燈

的綠燈。

藍光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),波長470nm,工作電壓/電流3.0~3.6V/20mA,亮度高，用途很廣，包括全彩

LED廣告牌的藍光。

白光LED—>GAN芯片(InGaN/SiC),工作電壓/電流3.0~3.6V/20mA,亮度高壽命長，光色穩(wěn)定不閃爍，現(xiàn)在已經(jīng)

可以做小區(qū)域照明之用，明年開始將會全面取代中小型LCD面板的冷陰極管當背光源。

9、LED的適用范圍和各類應用

LED照明燈具里，底燈，吊燈，投射燈等裝飾用，反射用途的LED照明燈具可以完全勝任于任何場合，包括美術(shù)館

,博物館等對顏色度要求較高的場所。但是對于商場，寫字樓等大規(guī)模設施來說，作為大范圍照明的LED燈具雖然已

經(jīng)誕生，但是其指向性（LED芯片發(fā)出的光是直線，發(fā)散性不好）太高，造成大面積內(nèi)設計平均的照度很困難。燈管型

LED照明燈具排列過密，設計成本過高，失去節(jié)能效果。因此，現(xiàn)階段裝飾用途場合，LED照明燈具完全可用，大面積

室內(nèi)照明還不成熟。

分類材料應用領(lǐng)域

家電、信息產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品、消

傳統(tǒng)亮度GaP、GaAsP、AlGaAs

費性電子產(chǎn)品

可見光LED

AlGalnP（紅、橙、黃光）大型廣告牌、交通號志、背光源

(450~780nm

、汽車第三煞車燈

)

高亮度GalnN（藍、綠光）

GaInN+螢光粉（白光）照明用

LED的應用主要可分為三大類：LCD屏背光、LED照明、LED顯示。

1）小尺寸1.5寸到3.5寸LCD屏的背光：

例如手機、PDA、MP3/4等便攜設備的LCD屏都需要LED來背光。

2）7寸LCD屏的背光（如數(shù)碼相框）：

3）大尺寸LCD屏的背光（如LCDTV/Monitor＞筆記本電腦）：

目前大部分LCDTV/Monitor,筆記本電腦的LCD屏是采用的CCFL熒光燈管做背光，因CCFL壽命、環(huán)保等不利原因

目前正朝向采用LED背光發(fā)展。按LCD屏的尺寸大小一般需要數(shù)十個到上百個白光LED做背光，而其LED驅(qū)動IC市場潛力

將會很大。

4)LED手電筒：

小功率LED手電筒、強光LED手電筒、LED礦燈。

5)LED草地燈：

6)LED照明:

照明經(jīng)過白熾燈、II光燈，到現(xiàn)在比較普遍的節(jié)能燈，再下個階段應該就是LED照明燈的普及了，這里需要超高

亮度的LED,超長壽命、極低功耗將是LED燈很大的優(yōu)勢，同時成本考慮也是一個關(guān)鍵。

7)LED顯示:

我們在公交車、地鐵里都能看到各樣的LED字幕顯示屏，并且在戶外也有不少大屏幕LED點陣顯示屏幕，從遠處看

就是?個比較清晰的超大屏幕電視機。這里需要用到專用的LED顯示控制芯片。

10、LED產(chǎn)業(yè)鏈分布

晶片：單晶棒（藍寶石、碳化硅）一單晶片襯底一在襯底上生長外延層f外延片

成品：單晶片（襯底），外延片

制程：金屬蒸鍍一光罩蝕刻一熱處理（正負電極制作）一切割一測試分選

成品：芯片

封裝：芯片粘結(jié)一焊接引線一樹脂封裝一剪腳

成品：LED燈泡和組件

11、LED發(fā)展現(xiàn)狀

當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)

品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀將進入以LED

為代表的新型照明光源時代。

中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀70年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯

片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在“國家半導體照明工程”的推動下，形成了

上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及

北方地區(qū)則成為中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。

目前，中國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應

用取得較大進展。2007年中國LED應用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應用

產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國內(nèi)在照明領(lǐng)域已經(jīng)形成一定特色，其中戶外照明

發(fā)展最快，己有上百家LED路燈企業(yè)并建設了幾十條示范道路，但在室內(nèi)通用照明市場方面仍顯落后。

2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識，有力推動了中國半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

當前中國半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大而不強，核心競爭力仍有待于進一步提升。對國內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與

技術(shù)水平是首要任務，提高未來取得大廠專利授權(quán)時的要價能力，或逐步通過研發(fā)突破核心專利。

12、LED發(fā)展趨勢

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、

顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來，世界上-一些經(jīng)濟發(fā)達國家圍繞LED的研制展開了激烈的

技術(shù)競賽。美國從2000年起投資5億美元實施“國家半導體照明計劃”，歐盟也在2000年7月宣布啟動類似的“彩虹

計劃”。我國科技部在“863”計劃的支持下，2003年6月份首次提出發(fā)展半導體照明計劃。多年來，LED照明以其

節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，已受到國家和各級政府的重視，各地紛紛出臺相關(guān)政策和舉措加快LED燈具的發(fā)展；大眾消費者

也對這種環(huán)保新型的照明產(chǎn)品渴求已久。但是，由于投入在技術(shù)和推廣上的成本居高不下，使得令萬千消費者翹首

以待的LED照明產(chǎn)品一直可望而不可及，遲遲未能揭開其神秘的貴族面紗！

隨著國內(nèi)部分廠家技術(shù)和生產(chǎn)成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行將改變。價廉物美的LED照明產(chǎn)品，將

給中國照明行業(yè)帶來革命性的沖擊，為廣大消費者帶來光明的福音！

總結(jié)：LED照明設計

LED照明燈具備受期待的原因就是節(jié)能、