學習好資料歡迎下載學習好資料歡迎下載學習好資料歡迎下載LED的基本知識和工藝基礎知識1.LED概述LEDLightEmitDiod發光二極管，簡稱LED；LED是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光。LED心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，之間就形成一個“P-N結”當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。光的波長也就是光的顏色，由形成P-N結的資料決定的一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅動、組合后色彩表現豐富、使用壽命長等優點，廣泛應用于城市各工程中、大屏幕顯示系統。LED可以作為顯示屏，計算機控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。1.1LED產業鏈LED產業是一個技術導向型的產業，其產業鏈通常定義為上游外延片生長、中游芯片制造和下游芯片封裝測試及應用3個環節。從上游到下游行業，進入門檻逐步降低，其中LED產業鏈上游外延生長技術含量最高，資本投入密度最大，是國際競爭最激烈、經營風險最大的領域。LED產業鏈利潤分配比例大致為：外延片與芯片制造約占行業70%的利潤，被歐美日等少數幾家公司壟斷；LED封裝約占10%～20%，應用設計約占10%～20%。圖1反映了產業鏈上各環節的利潤分配狀況。1.2LED外延片工藝流程近十幾年來，為了開發藍色高亮度發光二極管，世界各地相關研究的人員無不全力投入。而商業化的產品如藍光及綠光發光二級管LED及激光二級管LD應用無不說明了IIIV族元素所蘊藏的潛能。目前商品化LED之材料及其外延技術中，紅色及綠色發光二極管之外延技術大多為液相外延成長法為主，而黃色、橙色發光二極管目前仍以氣相外延生長法成長磷砷化鎵GaAsP資料為主。一般來說，GaN生長須要很高的溫度來打斷NH3之N-H鍵解，另外一方面由動力學仿真也得知NH3和MOGa會進行反應發生沒有揮發性的副產物。LED外延片工藝流程如下：襯底-結構設計-緩沖層生長-N型GaN層生長-多量子阱發光層生-P型GaN層生長-退火-檢測（光熒光、X射線）-外延片外延片-設計、加工掩模版-光刻-離子刻蝕-N型電極（鍍膜、退火、刻蝕）-P型電極（鍍膜、退火、刻蝕）-劃片-芯片分檢、分級1.3LED晶片的作用LED晶片為LED主要原材料，LED主要依靠晶片來發光。1.4LED晶片的組成主要有砷(AS鋁(AL鎵(Ga銦(IN磷(P氮(N鍶(Ｓi這幾種元素中的若干種組成。1.5LED晶片的分類（1）按發光亮度分：A）一般亮度：R﹑H﹑G﹑Y﹑E等B）高亮度：VG﹑VY﹑SR等C）超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等D）不可見光(紅外線)R﹑SIR﹑VIR﹑HIRE）紅外線接收管：PTF）光電管：PD（2）按組成元素分：A）二元晶片(磷﹑鎵)H﹑G等B）三元晶片（磷﹑鎵﹑砷）SR﹑HR﹑UR等C）四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦)SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑UE﹑HEUG1.6LED晶片特性表1.7其它（1）LED晶片廠商名稱：A光磊（EDB國聯（FPDC鼎元（TKD華上（AOCE漢光（HLFAXTG廣稼。（2）LED晶片在生產使用過程中需注意靜電防護。2.LED的各類應用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、環保等不利原因目前正朝向采用LED背光發展。按LCD屏的尺寸大小一般需要數十個到上百個白光LED做背光，而其LED驅動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：照明經過白熾燈、日光燈，到現在比較普遍的節能燈，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燈很大的優勢，同時成本考量也是一個關鍵。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，從遠處看就是一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。3.LED顯示屏常用術語解釋LED顯示屏（LEDpanel）它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、VCD節目以及現場實況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業企業管理和其它公共場所。它的優點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩定。2.1LED亮度發光二極管的亮度一般用發光強度(LuminousIntensity)表示,單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1mcd（毫坎德拉）,1000mcd=1cd。室內用單只LED的光強一般為500ucd-50mcd，而戶外用單只LED的光強一般應為100mcd-1000mcd，甚至1000mcd以上。2.2LED象素模塊LED排列成矩陣或筆段，預制成標準大小的模塊。室內顯示屏常用的有8*8象素模塊、8字7段數碼模塊。戶外顯示屏象素模塊有4*4、8*8、8*16象素等規格。戶外顯示屏用的象素模塊因為其每一象素由兩只以上LED管束組成，固又稱其為集管束模塊。2.3象素(Pixel)與象素直徑LED顯示屏中每一個可被單獨控制的LED發光單元(點)稱為象素(或象元)。象素直徑∮是指每一象素的直徑，單位是毫米。對于室內顯示屏，一般一個為單個LED，外形為圓形。室內顯示屏象素直徑校常見的有∮3.0、∮3.75、∮5.0、∮8.0等，其中以∮3.75和∮5.0最多。在戶外環境，為提高亮度，增加視距，一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：□10、□11.5、□16、□22、□25。2.4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)；單位面積內象素的數量稱為象素密度；單位面積內所含顯示內容的數量稱為信息容量。這三者本質是描述同一概念：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。2.5分辨率LED顯示屏象素的行列數稱為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。2.6LED顯示屏(LEDPanel)將LED象素模塊按照實際需要大小拼裝排列成矩陣，配以專用顯示驅動電路，直流穩壓電源，軟件，框架以及外裝飾等，即構成一臺LED顯示屏。7、灰度灰度是指象素發光明暗變化的程度，一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256×256=64K色，亦稱該屏為256色顯示屏。8、雙基色現今大多數彩色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。9、全彩色紅綠雙基色再加上藍基色，三種基色就構成全彩色。由于構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。1、色溫色溫究競是指什么?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世紀末由英國物理學家洛德?凱爾文所創立的，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出來的波長。凱爾文認為，假定某一純黑物體，能夠將落在其上的所有熱量吸收，而沒有損失，同時又能夠將熱量生成的能量全部以“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1050一1150℃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（顏色實際上是一種心理物理上的作用。所有顏色印象的產生，是由于時斷時續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。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。而數碼照相機、攝像機等要求進行白平衡調整，實際上也就是對數碼機器進行拍攝環境的基礎色溫定位。目的是同樣的：為了色彩的準確再現。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；一般鎢絲燈、照相館拍攝黑白照片使用的鎢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整。但如果拍攝現場有日光燈也有鎢絲燈的情況，我們成為混合光源，這種片子很難進行調整。綜上所述，拍攝期間對色溫的考量、設定以及調整就顯得非常重要。無論你是使用傳統相機還是數碼相機以及攝像機。都必須重視色溫！2、光譜光譜是復色光經過色散系統（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。光波是由原子內部運動的電子產生的．各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發射的光波也不同．研究不同物質的發光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科——光譜學．下面簡單介紹一些關于光譜的知識．分光鏡觀察光譜要用分光鏡，這里我們先講一下分光鏡的構造原理．圖6-18是分光鏡的構造原理示意圖．它是由平行光管A、三棱鏡P和望遠鏡筒B組成的．平行光管A的前方有一個寬度可以調節的狹縫S，它位于透鏡L1的焦平面①處。從狹縫射入的光線經透鏡L1折射后，變成平行光線射到三棱鏡P上。不同顏色的光經過三棱鏡沿不同的折射方向射出，并在透鏡L2后方的焦平面MN上分別會聚成不同顏色的像（譜線）。通過望遠鏡筒B的目鏡L3，就看到了放大的光譜像．如果在MN那里放上照相底片，就可以攝下光譜的像。具有這種裝置的光譜儀器叫做攝譜儀。發射光譜物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜。發射光譜有兩種類型：連續光譜和明線光譜．連續分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續光譜（彩圖6）。熾熱的固體、液體和高壓氣體的發射光譜是連續光譜。例如電燈絲發出的光、熾熱的鋼水發出的光都形成連續光譜。只含有一些不連續的亮線的光譜叫做明線光譜（彩圖7）。明線光譜中的亮線叫做譜線，各條譜線對應于不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態的原子發射的，所以也叫原子光譜。觀察氣體的原子光譜，可以使用光譜管（圖6-19），它是一支中間比較細的封閉的玻璃管，里面裝有低壓氣體，管的兩端有兩個電極。把兩個電極接到高壓電源上，管里稀薄氣體發生輝光放電，產生一定顏色的光。觀察固態或液態物質的原子光譜，可以把它們放到煤氣燈的火焰或電弧中去燒，使它們氣化后發光，就可以從分光鏡中看到它們的明線光譜．實驗證明，原子不同，發射的明線光譜也不同，每種元素的原子都有一定的明線光譜．彩圖7就是幾種元素的明線光譜。每種原子只能發出具有本身特征的某些波長的光，因此，明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線。利用原子的特征譜線可以鑒別物質和研究原子的結構。吸收光譜高溫物體發出的白光（其中包含連續分布的一切波長的光）通過物質時，某些波長的光被物質吸收后產生的光譜，叫做吸收光譜。例如，讓弧光燈發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生鈉氣），然后用分光鏡來觀察，就會看到在連續光譜的背景中有兩條挨得很近的暗線（見彩圖8．分光鏡的分辨本領不夠高時，只能看見一條暗線）。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．提高ＬＥＤ發光效率的技術：（本段由唐志海友情提供，歡迎大家指教）一、透明襯底技術InGaAlPLED通常是在GaAs襯底上外延生長InGaAlP發光區GaP窗口區制備而成。與InGaAlP相比，GaAs材料具有小得多的禁帶寬度，因此，當短波長的光從發光區與窗口表面射入GaAs襯底時，將被悉數吸收，成為器件出光效率不高的主要原因。在襯底與限制層之間生長一個布喇格反射區，能將垂直射向襯底的光反射回發光區或窗口，部分改善了器件的出光特性。一個更為有效的方法是先去除GaAs襯底，代之于全透明的GaP晶體。由于芯片內除去了襯底吸收區，使量子效率從4％提升到了25-30％。為進一步減小電極區的吸收，有人將這種透明襯底型的InGaAlP器件制作成截角倒錐體的外形，使量子效率有了更大的提高。二、金屬膜反射技術透明襯底制程首先起源于美國的HP、Lumileds等公司，金屬膜反射法主要有日本、臺灣廠商進行了大量的研究與發展。這種制程不但回避了透明襯底專利，而且，更利于規模生產。其效果可以說與透明襯底法具有異曲同工之妙。該制程通常謂之MB制程，首先去除GaAs襯底，然后在其表面與Si基底表面同時蒸鍍Al質金屬膜，然后在一定的溫度與壓力下熔接在一起。如此，從發光層照射到基板的光線被Al質金屬膜層反射至芯片表面，從而使器件的發光效率提高2.5倍以上。三、表面微結構技術表面微結構制程是提高器件出光效率的又一個有效技術，該技術的基本要點是在芯片表面刻蝕大量尺寸為光波長量級的小結構，每個結構呈截角四面體狀，如此不但擴展了出光面積，而且改變了光在芯片表面處的折射方向，從而使透光效率明顯提高。測量指出，對于窗口層厚度為20µm的器件，出光效率可增長30％。當窗口層厚度減至10µm時，出光效率將有60％的改進。對于585-625nm波長的LED器件，制作紋理結構后，發光效率可達30lm/w，其值已接近透明襯底器件的水平。四、倒裝芯片技術通過MOCVD技術在蘭寶石襯底上生長GaN基LED結構層，由P/N結發光區發出的光透過上面的P型區射出。由于P型GaN傳導性能不佳，為獲得良好的電流擴展，需要通過蒸鍍技術在P區表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此，器件的發光效率就會受到很大影響，通常要同時兼顧電流擴展與出光效率二個因素。但無論在什么情況下，金屬薄膜的存在，總會使透光性能變差。此外，引線焊點的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaNLED倒裝芯片的結構可以從根本上消除上面的問題。五、芯片鍵合技術光電子器件對所需要的材料在性能上有一定的要求，通常都需要有大的帶寬差和在材料的折射指數上要有很大的變化。不幸的是，一般沒有天然的這種材料。用同質外延生長技術一般都不能形成所需要的帶寬差和折射指數差，而用通常的異質外延技術，如在硅片上外延GaAs和InP等，不僅成本較高，而且結合接口的位錯密度也非常高，很難形成高質量的光電子集成器件。由于低溫鍵合技術可以大大減少不同材料之間的熱失配問題，減少應力和位錯，因此能形成高質量的器件。隨著對鍵合機理的逐漸認識和鍵合制程技術的逐漸成熟，多種不同材料的芯片之間已經能夠實現互相鍵合，從而可能形成一些特殊用途的材料和器件。如在硅片上形成硅化物層再進行鍵合就可以形成一種新的結構。由于硅化物的電導率很高，因此可以代替雙極型器件中的隱埋層，從而減小RC常數。六、激光剝離技術（LLO）激光剝離技術（LLO）是利用激光能量分解GaN/藍寶石接口處的GaN緩沖層，從而實現LED外延片從藍寶石襯底分離。技術優點是外延片轉移到高熱導率的熱沉上，能夠改善大