半導(dǎo)體照明（LED）百題問(wèn)答上海市光電子行業(yè)協(xié)會(huì)二ＯO五年二月TＯC\ｏ＂1-3”\ｈ\z\ｕHYPERＬINＫ＼ｌ”_Ｔｏc13０892634”１、光的本質(zhì)是什么,物體發(fā)光有哪幾種方式？PAGＥREＦ＿Toｃ13０89263４\ｈ４HYＰＥRＬＩNK\ｌ”_Toｃ13089２635＂2、謂電致發(fā)光?半導(dǎo)體發(fā)光為何屬冷光?PＡGＥREＦ_Tｏc13089２635\h5HＹPERLINK＼l”_Ｔoｃ13０89２6３6"4、簡(jiǎn)單介紹一下LＥD的發(fā)展歷史好嗎?PAＧEREＦ_Tｏｃ130８92636\ｈ５ＨＹＰEＲLINＫ＼l＂＿Toc1３０892637"５、請(qǐng)問(wèn)照明光源的基本種類與主要性能有哪些？PＡGＥＲＥＦ_Ｔoc１30８９2637\ｈ6HＹPERLINK\l”_Tｏc13０8926３8”6、如何描述LＥD的基本特性?ＰAGEREF＿Ｔｏｃ１３0892638\h6ＨYPERLINK\ｌ"_Toｃ13089２639"7、傳統(tǒng)光源相比,LED光源有哪些優(yōu)點(diǎn)?PＡGEREＦ_Toｃ13089２6３9\h8HYPERLINＫ\l"_Tｏc１３0８9264０”９、何謂綠色照明光源?它有哪些特點(diǎn)?PAGEREF_Ｔｏc1308９2６4０\h8_Toｃ130８９２642”12、哪些產(chǎn)業(yè)是LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成部分？ＰＡGＥREF_Toｃ13089２642\h1０HYＰERLＩＮK\l"_Toc13089２6４３”１8、當(dāng)前我國(guó)ＬＥD產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)相比,主要差距在哪里?PAGEREF＿Toc1308９２６43\h10HＹPERLINK\l”＿Toc1３０892644"１９．LED的發(fā)光源是——PN結(jié),是如何制成的？哪些是常用來(lái)制造LED的半導(dǎo)體材料?ＰAGEREＦ＿Toc13０89２6４4\ｈ11ＨＹPERLINK\l"_Toc130８9２645”22、當(dāng)前生產(chǎn)超高亮LＥD的外延方法主要有幾種？什么是ＭＯCVＤ？ＰAGERＥF_Tｏc130892645＼h11HYPERLINK＼l"_Toc1３0892646”2７、請(qǐng)可否能深入淺出地介紹一下LＥＤ芯片的制造流程。ＰAＧEREF_Toc1３08926４6＼h12HYPERLINK＼l”_Toc13０8９2647”29、通過(guò)哪些芯片制造過(guò)程中的工藝技術(shù)措施，可以提高芯片發(fā)光強(qiáng)度與出光效率？ＰAGEＲEF_Tｏｃ130892６47\h１3HＹPＥＲLIＮＫ\ｌ＂_Toc13０８92648”30、LＥＤ的芯片為什么要分成諸如8mil,9mil…13至2２ｍil,40mil等不同的尺寸？尺寸大小對(duì)LEＤ光電特性有哪能些影響?ＰＡGERＥF_Tｏｃ130８926４8\ｈ15HＹPERＬINK\l"_Ｔoc130892649"34、請(qǐng)介紹一下“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點(diǎn)?PAGEREＦ＿Tｏc130892６4９＼h16HYPERLIＮK\ｌ”_Toc1308９2650"3５、什么是“倒裝裝芯片”(ＦｌｉpChip)?它的結(jié)構(gòu)如何？它有哪些優(yōu)點(diǎn)?ＰAＧEREF＿Toc1３0８９2６５0\ｈ1６HYPERLINK\l＂_Toc130892651"３６、用于半導(dǎo)體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么？ＰＡGＥＲEF＿Toc１308９26５１\ｈ17HYPＥRＬINＫ\l"_Tｏc13０8926５2"37、LEＤ芯片封裝成發(fā)光二極管一般可以分成哪幾種形式？他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上各有什么不同？PＡＧＥRＥF_Toc13０8９26５2\h17HＹPERLＩNK＼l＂_Toc1３0892６53"38、LEＤ芯片封裝成器件一般的制造程是什么？PAＧEＲEF_Tｏｃ13０892653\ｈ1８HYPEＲLＩNK\l"_Ｔoｃ１30８9２６54”39、為什么要將芯片進(jìn)行封裝?封裝后的器件比裸芯在性能上有什么不同?ＰAＧERＥF_Tｏc130892６54\h１８HＹPEＲLINK\l"＿Ｔoc１３0892655"41、何謂“一次光學(xué)設(shè)計(jì)＂?ＬED封裝中有哪幾種出光透鏡？他們有何特點(diǎn)?PAGERＥF_Ｔoc1308926５5＼h19HYPERＬＩNK＼l＂_Ｔoc13０89２６5６"4２、大功率LＥD的封裝形式目前常見(jiàn)的有哪幾種?他們各自有哪些異同?PAＧＥREF_Tｏｃ130892６５6\h2０HYPERLINK\l”＿Tｏc1３0８92657"46、能否簡(jiǎn)單介紹一下芯片粘結(jié)工藝中的“合金粘結(jié)”工藝?PＡGEREF_Tｏｃ１30８９2657＼h2０HYPERLＩNＫ\l＂_Toc13089265８"4８、白光ＬED是通過(guò)哪些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的?ＰAＧEＲＥF_Ｔoc130892658\ｈ21HＹPERLINＫ\l"_Toｃ１30892659"49.當(dāng)前制造白光LED的主流方法是什么?１308926５9\ｈ22HYPERLＩNＫ＼l”_Toc130892６6０”50．白光LEＤ當(dāng)前具有代表性的產(chǎn)品的水平如何?PAＧEREF_Toｃ１308９26６０\ｈ22ＨYPERLINK＼l＂_Toc130８9266１"51．什么是色溫?什么是顯色指數(shù)？PAGERＥF_Toc13０8９2６61\h22HYＰERLIＮK＼ｌ”_Toc１3０892６62”５2．照明領(lǐng)域?qū)Π坠釲ＥD的光電性能有哪些基本要求?１3０8９２66２\h２3ＨYPERLINK\l”＿Ｔｏｃ13０892６63”54.LED光源取代傳統(tǒng)光源從目前來(lái)看還需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵?PAＧＥREF_Toｃ１３0８９２663＼ｈ23HYPＥRＬINK\l"_Toc１30８92664”55.白光ＬED的光譜與單色光（紅、黃、藍(lán)、紫等)的光譜有些什么區(qū)別？PＡGＥREF＿Toc１3089２664\h25HＹPERLINK\ｌ"_Toc１30892665”56.為什么用太陽(yáng)能電池與白光ＬED組合的照明系統(tǒng)被稱為“真正的綠色照明”系統(tǒng)？ＰＡＧEＲEF_Ｔoc1３0892665\h2６HYＰERLINK\l＂_Toｃ1308９２666”59.什么是LEＤ的內(nèi)量子效率?不同的發(fā)光波長(zhǎng)，假定內(nèi)量子效率達(dá)１０0%，其電-光效率有何不同？PＡＧEREF_Toｃ130８926６6\h26HYＰERＬIＮK\l"_Toｃ13０８92667”60、LＥDPＮ結(jié)有源層發(fā)出的光子能否100%逸出到空氣中？PAGEＲEＦ_Toc13０8926６７\h27HYPERLIＮK＼l”_Toc1３089266８＂６2、能否簡(jiǎn)述一下提高LEＤ芯片電一光轉(zhuǎn)換效率的意義何在？PAＧEREF_Ｔoc１30８9２6６8\h2８HYPERＬＩＮK＼l”_Tｏc１30892６６9"6３、衡量LED器件光電轉(zhuǎn)換優(yōu)劣的參數(shù)主要有哪些?ＰAGEREF_Toc13089２6６９\h29ＨYPERＬINＫ＼l”_Toｃ13０8926７0”64、單個(gè)LED的流明效率與用ＬED作光源構(gòu)成的燈具的流明效率有什么異同?PＡＧＥREＦ＿Ｔoc１30８926７0\h30HYＰＥＲLINK\l＂_Toｃ1３08９2671”6５、什么是人眼對(duì)光的視覺(jué)函數(shù)?PAＧEＲEF＿Toｃ130892６7１\ｈ3１HYPＥＲLＩNＫ\l＂_Ｔoｃ13089267２"66、人眼對(duì)光的視覺(jué)函數(shù)這一特點(diǎn)對(duì)我們了解LED有什么作用？PAGEＲEF_Ｔoc130892６７２\h3２HYPERＬINＫ＼l＂_Tｏc1３０８92673”67、為什么一個(gè)藍(lán)光ＬED在涂上特殊的熒光粉構(gòu)成白光LED后，其輻射光通量會(huì)比藍(lán)光的高出幾倍基至十幾倍？PＡGERＥF＿Toc13089２６7３\ｈ3２HYPERＬIＮK＼ｌ"_Ｔｏc130892６74"68、ＬEＤ在照明應(yīng)用中,往往要知道這個(gè)ＬＥD的照度是多少,請(qǐng)問(wèn)照度的定義是什么？知道了這個(gè)LEＤ的輻射光通量,能否求出它的照度？ＰＡGEREＦ_Toc130892674\ｈ3３HYＰERLINＫ\l”＿Ｔoc13089267５”７0、請(qǐng)問(wèn)LEＤ光通量φ與發(fā)光強(qiáng)度即光強(qiáng)是否能相互轉(zhuǎn)換？＼h3４HYPＥRＬINK\l”_Toｃ130892６７6”71、ＬEＤ的發(fā)光強(qiáng)度Ｉv與照度E之間如何進(jìn)行換算?PＡGEＲＥF_Toc１30８９2676\h34HＹPＥRLINＫ\l”＿Toc130892677"72、為什么說(shuō)用積分球來(lái)測(cè)量ＬED的光通量時(shí)，可以認(rèn)為:在積分球內(nèi)表面任一點(diǎn)位置上得到的由另一部分反射出的照度,不受點(diǎn)的位置的影響？ＰAＧERＥF_Ｔｏｃ1308９2677\h35HYPERLINＫ＼l"_Tｏc1３0892678”73、為什么LEＤPN結(jié)上溫度升高會(huì)引起它的光電參數(shù)退化？PＡＧＥRＥＦ_Toc13０8926７８＼h36ＨYＰEＲLINK＼l”_Tｏc１30８９2６7９"75、衡量LEＤ長(zhǎng)期使用性能退化的主要指標(biāo)是什么?PAGEREＦ_Toc13089267９\h３6ＨYPEＲLIＮK＼l"_Toc130892６8０＂7６、什么是ＬＥD的結(jié)溫，它是如何產(chǎn)生的?ＰAGEREF_Tｏc1３0892６80\h37HYPERLINＫ\ｌ”_Toc130８９２６81”７7、簡(jiǎn)述結(jié)溫對(duì)LEＤ光輸出的影響PＡGEＲEF_Toc130892681\h38HYPERLIＮK＼l＂_Toc130892682"7９.當(dāng)結(jié)溫上升時(shí)，LED的發(fā)光波長(zhǎng)與顏色如何變化？PAGERＥF_Toc130892682\h39ＨYPＥRＬINK\l”_Toc13０8926８３"80．簡(jiǎn)述什么是熱阻？它的定義和單位是什么?PAGERＥF＿Ｔoc130８９26８３\h4083．為什么說(shuō)提高光效可降低結(jié)溫，試述提高光效的主要途徑PAGERＥＦ_Tｏｃ1３０8９268６\ｈ４2８４.試述熱阻在功率LEＤ光源應(yīng)用中的作用PＡGＥREF_Toc13089２687＼h43ＨYPＥRLIＮK＼l"_Tｏc1３08９26８8”8５、如何減?。蹋臘的熱阻值ＰAＧEＲEF＿Toc13０８９2６8８\ｈ4４ＨYPEＲＬIＮK＼l”_Toc１308９2６89"86.請(qǐng)簡(jiǎn)單介紹一下目前常用的熱阻測(cè)試方法:PAGERＥF_Toｃ1308926８９＼h４5ＨＹPＥRLＩＮK\l"_Tｏc13０8９２690"87．何謂功率型LED,請(qǐng)介紹一下它的發(fā)展概況:PAGEREF_Tｏc13089２690＼h4６HＹPERＬIＮK\ｌ"_Toｃ1３０8９2691＂90.LED工作時(shí),較好的驅(qū)動(dòng)方法是什么方法?PAＧEREF＿Tｏc1３０８９2691\ｈ4７HYPEＲLINK\ｌ＂_Toc130892６92"91．有哪些常用的恒流驅(qū)動(dòng)LED的方法?請(qǐng)作簡(jiǎn)單介紹。ＰAGＥREＦ_Toc130８9269２\h4８HＹPＥＲLINK\l"_Toｃ１30８92693＂93.如何實(shí)現(xiàn)LＥD的調(diào)光、調(diào)色?請(qǐng)舉一簡(jiǎn)單例子說(shuō)明。PAGEREF_Ｔoc130８9269３\ｈ50HYPERLINK\l”_Ｔoc130８9269４”94、ＬEＤ的“壽命"是什么樣一種概念?什么是“浴盆”曲線?ＰAGEＲEＦ_Tｏc130８92６94\h５2ＨYPERLIＮK\l”＿Toc130892695”95、ＬED失效的判據(jù)是什么？失效率又如何?PAGEREＦ_Toｃ1３08９2695\ｈ５4HYPERLINK\ｌ"_Ｔoc130892６96”98、是否可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)剔除早期失效的LEＤ？ＰAGEREF＿Toc１3０892696\ｈ54HYＰEＲLINＫ\l"_Tｏc1３08９269７＂9９、什么是靜電破壞？哪些類型的LED容易受靜電破壞導(dǎo)致失效?PAＧEREF_Ｔｏc１308９２697＼h5５10１、從哪些方面著手改進(jìn)和注意可以提高LEＤ在應(yīng)用中的可靠性，降低失效率？PＡGEREF＿Toc１3089２698\h56ＨYPERＬIＮＫ＼l”_Toc130892699＂102、LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域還存在哪些問(wèn)題，還要做哪些工作？PAGEＲＥF＿Ｔoc１30８9２699＼ｈ571、光的本質(zhì)是什么，物體發(fā)光有哪幾種方式?光是一種能量的形態(tài)，它可以從一個(gè)物體傳播到另一個(gè)物體,其中無(wú)需任何物質(zhì)作媒介。通常將這種能量的傳遞方式謂之輻射,其含義是能量從能源出發(fā)沿直線（在同一介質(zhì)內(nèi)）向四面八方傳播。關(guān)于光的本質(zhì)，早在十七世紀(jì)中葉就被牛頓與麥克斯韋分別以“微粒說(shuō)”、“波動(dòng)說(shuō)”進(jìn)行了詳細(xì)探討,并成為當(dāng)前所公論的光具有“波粒二重性”的理論基礎(chǔ)。約100多年前,人們又進(jìn)一步證實(shí)了光是一種電磁波,更嚴(yán)格地說(shuō)，在極為寬、闊的電磁波譜大家族中。可見(jiàn)光的光波只占有很小的空間，如表1—1所示.其波長(zhǎng)范圍處在380nm-770nｍ表1-1:電磁波譜波長(zhǎng)區(qū)域電磁波譜種類波長(zhǎng)范圍nmμmcｍM長(zhǎng)波振蕩>105無(wú)線電波１-10５微波10—１-102紅外線0。7７—１0３可見(jiàn)光380—7７0紫外線10—３９0Ｘ射線１0—3—50r射線1０—5—10—1宇宙射線<10－5*ｌｍ=102cm=1０6μｍ＝10之間，包含了人眼可辯別的紫、靛、藍(lán)、綠、橙、紅七種顏色,它的長(zhǎng)波方向是波長(zhǎng)范圍在微米量級(jí)至幾十千米的紅外線、微波及無(wú)線電波區(qū)域；它的短波端是紫外線、x射線、r射線,其中r射線的波長(zhǎng)已小到可與原子直徑相比擬。物體的發(fā)光方式通常可分成二類,即熱光與冷光。所謂熱光又稱之謂熱輻射,是指物質(zhì)在高溫下發(fā)出的熱．在熱輻射的過(guò)程中，特內(nèi)部的能量并不改變,通過(guò)加熱使輻射得以進(jìn)行下去,低溫時(shí)輻射紅外光、高溫時(shí)變成白光．眾所周知,當(dāng)鎢絲在真空式惰性氣氛中加熱至很高的溫度,即會(huì)發(fā)出灼眼的白光.其實(shí),太陽(yáng)光就是一種最為常見(jiàn)的白光,三棱鏡可將太陽(yáng)光分解成上述的七種顏色，實(shí)驗(yàn)已證明,只要采用其中的藍(lán)、綠、紅三種顏色,即可合成自然界中所有色彩,包括白色的光，我們通常將藍(lán)、綠、紅三種顏色稱之為三原色。冷光是從某種能源在較低溫度時(shí)所發(fā)出的光。發(fā)冷光時(shí)，某個(gè)原子的一個(gè)電子受外力作用從基態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)．由于這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，該電子通常以光的形式將能量釋放出來(lái)，回到基態(tài)。由于這種發(fā)光過(guò)程不伴隨物體的加熱，因此將這種形式的光稱之為冷光。按物質(zhì)的種類與激發(fā)的方式不同，冷光可分為各種生物發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、場(chǎng)致發(fā)光、電致發(fā)光等多種類別。螢火蟲、熒光粉、日光燈、EL發(fā)光、LＥD發(fā)光等均是一些典型的冷光光源。２、何謂電致發(fā)光？半導(dǎo)體發(fā)光為何屬冷光?所謂電致發(fā)光是一種直接電能轉(zhuǎn)換成光能的過(guò)程。這種發(fā)光不存在尤如白熾燈那樣先將電能轉(zhuǎn)變成熱能,繼而使物體溫度升高而發(fā)光的現(xiàn)象,故將這種光稱之為冷光。通常有二種電致發(fā)光現(xiàn)象，EL屏是利用固體在電場(chǎng)作用下的發(fā)光現(xiàn)象所制成的光源，熒光材料在電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶中的電子被加速到足夠高的能量并撞擊發(fā)光中心，使發(fā)光中心激發(fā)或電離，激活的發(fā)光中心回到基態(tài)或與電子復(fù)合而發(fā)光,熒光材料(ZｎＳ）中不同的激活劑決定了發(fā)光的顏色。第二類電致發(fā)光又稱之為注入式場(chǎng)致發(fā)光,ＬED與ＬD就屬于這類發(fā)光過(guò)程．電致發(fā)光實(shí)際上也是一種能量的變換與轉(zhuǎn)移的過(guò)程。電場(chǎng)的作用使系統(tǒng)受到激發(fā),將電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài),當(dāng)他們從高能態(tài)回到低能態(tài)時(shí),根據(jù)能量守衡原理,多余的能量將以光的形式釋放出來(lái)，這就是電致激發(fā)發(fā)光。發(fā)光波長(zhǎng)取決于電子的能量差：△E=hν=h·c/λ＝１．2４λ(2－１)其中△E=E１—Ｅ2，E是發(fā)射光子所具有的能量，以電子伏特為單位。λ為光子波長(zhǎng)，以毫微米為單位．由式(2-1)可知,激發(fā)電子的能量差△E越高，所發(fā)出的電子波長(zhǎng)就越短,顏色發(fā)生藍(lán)移,所之,激發(fā)電子能量差變小，所發(fā)光子的波長(zhǎng)就會(huì)紅移。４、簡(jiǎn)單介紹一下LED的發(fā)展歷史好嗎？半導(dǎo)體P—N結(jié)發(fā)光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),可追溯到上世紀(jì)二十年代.法國(guó)科學(xué)家O.W。Loｓsow在研究SiC檢波器時(shí)，首先觀察到了這種發(fā)光現(xiàn)象。由于當(dāng)時(shí)在材料制備、器件工藝技術(shù)上的限制,這一重要發(fā)現(xiàn)沒(méi)有被迅速利用。直至四十年后,隨著Ⅲ—Ⅴ族材料與器件工藝的進(jìn)步,人們終于研制成功了具有實(shí)用價(jià)值的發(fā)射紅光的GａＡｓP發(fā)光二級(jí)管,并被GE公司大量生產(chǎn)用作儀器表指示。此后，由于ＧaAs、Gap等材料研究與器件工藝的進(jìn)一步發(fā)展，除深紅色的LＥＤ外,包括橙、黃、黃綠等各種色光的ＬED器件也大量涌現(xiàn)于市場(chǎng)。出于多種原因,Gaｐ、ＧaAsP等ＬＥD器件的發(fā)光效率很低,光強(qiáng)通常在１0mｃd以下,只能用作室內(nèi)顯示之用。雖然AlGａAs材料進(jìn)入間接躍進(jìn)型區(qū)域,發(fā)光效率迅速下降。跟隨著半導(dǎo)體材料及器件工藝的進(jìn)步，特別是MOCVD等外延工藝的日益成熟,至上世紀(jì)九十年代初,日本日亞化學(xué)公司（Ｎichｉa)與美國(guó)的克雷（Cree)公司通過(guò)MＯCVD技術(shù)分別在藍(lán)寶石與ＳiC襯底上生長(zhǎng)成功了具有器件結(jié)構(gòu)的ＧaN基LED外延片，并制造了亮度很高的藍(lán)、綠及紫光LEＤ器件。超高亮度LED器件的出現(xiàn)，為ＬED應(yīng)用領(lǐng)域的拓展開(kāi)辟了極為絢麗的前景.首先是亮度提高使LED器件的應(yīng)用于從室內(nèi)走向室外。即使在很強(qiáng)的陽(yáng)光下，這類ｃd級(jí)的LED管仍能熠熠發(fā)亮，色彩斑斕。目前已大量應(yīng)用于室外大屏幕顯示、汽車狀態(tài)指示、交通信號(hào)燈、LCD背光與通用照明領(lǐng)域。超高亮ＬEＤ的第二個(gè)特征是發(fā)光波長(zhǎng)的擴(kuò)展,ＩｎGaAｌＰ器件的出現(xiàn)使發(fā)光波段向短波擴(kuò)展到5７０nm的黃綠光區(qū)域,而ＧａＮ基器件更使發(fā)光波長(zhǎng)短擴(kuò)至綠、藍(lán)、紫波段。如此,LEＤ器件不但使世界變得多彩，更有意義的是使固態(tài)白色照明光源的制造成為可能。與常規(guī)光源相比，ＬED器件是冷光源,具有很長(zhǎng)的壽命與很小的功耗。其次，LＥＤ器件還具有體積小,堅(jiān)固耐用，工作電壓低,響應(yīng)快,便于與計(jì)算機(jī)相聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)表明,在二十世紀(jì)的最后五年內(nèi)，高亮ＬEＤ產(chǎn)品的應(yīng)用市場(chǎng)一直保持著40%以上的增長(zhǎng)率。隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇以及白色照明光源項(xiàng)目的啟動(dòng)，相信LEＤ的生產(chǎn)與應(yīng)用會(huì)迎來(lái)一個(gè)更大的高潮。5、請(qǐng)問(wèn)照明光源的基本種類與主要性能有哪些?照明光源種類當(dāng)代照明光源可分成白熾燈,氣體放電燈、固態(tài)光源三大類.其詳細(xì)分類如表5-1所示主要光源的技術(shù)指標(biāo)（表5—1）光源種類光效(lm/w）顯色指數(shù)(Ra）色溫(K）平均壽命（G)白熾燈1５１00２８00１000鹵鎢燈２５10030002０００—50０0普通熒光燈707０全系列１００００三基色熒光燈93８0—９８全系列12000緊奏型熒光燈6085全系列8000高壓汞燈504５3300-4３0０6０００金屬鹵燈物燈75—95６5-９23０00/４500／5600６0０0-200００高壓鈉燈１０0—12023/60/8519５0／2200／25０0240０0低壓鈉燈２０085175028０00高頻無(wú)極燈５０—7０８5３000—40０04000０－800０0固體白燈２０755000—１0000１００0006、如何描述LＥD的基本特性？ＬＥＤ作為一個(gè)電致發(fā)光的Ｐ-N結(jié)器件,其特性可通該P(yáng)-N結(jié)的電學(xué)參數(shù),以及作為一個(gè)發(fā)光器件的光學(xué)參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述.伏安特性是描述一個(gè)Ｐ－N結(jié)器件的重要參數(shù),它是P-N結(jié)性能,P—N結(jié)制作工藝優(yōu)劣的重要標(biāo)識(shí)。所謂伏安特性，即是流過(guò)P-N結(jié)的電流隨電壓變化的特性，在示波器上能十分形象地展示這種變化。一根完整的伏安曲線包括正向特性與反向特性。通常,反向特性曲線變化較為陡峭,當(dāng)電壓超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，電流會(huì)出現(xiàn)指數(shù)式上升。通?？捎梅聪驌舸╇妷?反向電流和正向電壓三個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行伏安特性曲線的描述.正向電壓VF是指額定正向電流下器件二端的電壓降，這個(gè)什既與材料的禁帶寬度有關(guān)，同時(shí)也標(biāo)識(shí)了P—N結(jié)的體電阻與歐姆接觸電阻的高低。ＶＦ的大小一定程度上反映了電極制作的優(yōu)劣.相對(duì)于20毫安的正向電流,紅黃光類ＬＥD的VF值約為2伏,而ＧaN基蘭綠光類LＥD器件的VＦ值通常大于3伏。反向漏電流IR是指給定的反向電壓下流過(guò)器件的反向電流值,這個(gè)值的大小十分敏感于器件的質(zhì)量．通常在5伏的反向電壓下,反向漏電流應(yīng)不大于是10微安，ＩＲ過(guò)大表明結(jié)特性較差。反向擊穿電壓是指當(dāng)反向電壓大于某一值時(shí)，反向漏電電流會(huì)急劇增大,反映了器件反向耐壓的特性。對(duì)一個(gè)具體器件而言,漏電流大小的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，在較為嚴(yán)格的情況下,要求在規(guī)定電壓下,反向漏電流不大于10微安。除了電學(xué)特性，還需采用一系列的光學(xué)參數(shù)來(lái)描述LEＤ器件的性能,其中較為重要的參數(shù)為器件的峰值波長(zhǎng)與光強(qiáng)?？梢?jiàn)光屬電磁波范疇,通?？梢杂貌ㄩL(zhǎng)來(lái)表達(dá)人眼所能感受到的?？梢?jiàn)光的輻射能量,一般可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍在3８0nm-76０ｎm之間,波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其相應(yīng)的光子能量就越低，光的顏色也顯得越紅,當(dāng)光子的波長(zhǎng)變短時(shí)，光將逐漸由紅轉(zhuǎn)黃，進(jìn)而變綠變蘭,直至變成紫色。對(duì)于一個(gè)LＥＤ器件,其所發(fā)的光會(huì)在峰值λP處有所展開(kāi)，其波長(zhǎng)半寬度通常為10—30nm,半寬度越越小,說(shuō)明LＥD器件的材料越純,性能越均勻,晶體的完整性也越好。光強(qiáng)是衡量LＥD性能優(yōu)劣的另一個(gè)重要參數(shù),通常用字母Iv來(lái)表示．光強(qiáng)的定義是，光在給定方向上，單位立體角內(nèi)發(fā)了1流明的光為1燭光，其單位用坎德拉（cd)表示。其關(guān)系可用公式（6－1）表征：Iv=dφ／dΩ(6-1)式中φ的單位為流明,Iv的單位即是cd，dΩ是單位立體角，單位為度。一個(gè)超亮ＬED芯片的法向光強(qiáng)一般在30—120mcd之間，封裝成器件后,其法向光強(qiáng)通常要大于1cd。光通量是判別ＬED發(fā)光效率的一個(gè)更為客觀的參量,它表示單位時(shí)間內(nèi)電發(fā)光體發(fā)出的光能的大小,單位為流明(lm）。通常白熾燈與熒光燈的光效分別為15lm/ｗ與6０l(fā)m/w，燈泡的功率越大，光通量越大．對(duì)于一個(gè)性能較高的LED器件，光效為20ｌm／ｗ，實(shí)驗(yàn)室水平也有達(dá)到100lm/w的.為使LED器件更快地用于照明，必須進(jìn)一步提高LED器件的發(fā)光效率,估計(jì)１０年后,LＥD的光效可達(dá)200lｍ/w。屆時(shí)，人類將會(huì)迎來(lái)一個(gè)固態(tài)光源全面替代傳統(tǒng)光源的新時(shí)代。7、傳統(tǒng)光源相比,LED光源有哪些優(yōu)點(diǎn)?LEＤ作為一個(gè)發(fā)光器件,之所以備受人們關(guān)注,是有其較其他發(fā)光器件優(yōu)越的方面,歸納起來(lái)ＬED有下列一些優(yōu)點(diǎn):工作壽命長(zhǎng)：LEＤ作為一種導(dǎo)體固體發(fā)光器件,較之其他發(fā)光器具有更長(zhǎng)的工作壽命。其亮度半衰期通常可達(dá)到十萬(wàn)小時(shí)。如用LED替代傳統(tǒng)的汽車用燈,那么它的壽命將遠(yuǎn)大于汽車本體的壽命，具有終身不用修理與更換的特點(diǎn)。耗電低:LＥD是一種低壓工作器件,因此在同等亮度下,耗電最小，可大量降低能耗.相反,隨著今后工藝和材料的發(fā)展,將具有更高的發(fā)光效率。人們作過(guò)計(jì)算,假如日本的照明燈具全部用LED替代,則可減少二座大型電廠,從而對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有利．響應(yīng)時(shí)間快：ＬEＤ一般可在幾十毫秒（ｎｓ)內(nèi)響應(yīng)，因此是一種告訴器件，這也是其他光源望塵莫及的。采用LED制作汽車的高位剎車燈在高速狀態(tài)下,大提高了汽車的安全性體積小，重量輕、耐抗擊：這是半導(dǎo)體固體器件的固有特點(diǎn)。彩LED可制作各類清晰精致的顯示器件。易于調(diào)光、調(diào)色、可控性大:LＥＤ作為一種發(fā)光器件,可以通過(guò)流過(guò)電流的變化控制亮度,也可通過(guò)不同波長(zhǎng)ＬＥD的配置實(shí)現(xiàn)色彩的變化與調(diào)節(jié).因此用LＥD組成的光源或顯示屏，易于通過(guò)電子控制來(lái)達(dá)到各種應(yīng)用的需要，與IＣ電腦在兼容性無(wú)比毫困難。另外,LED光源的應(yīng)用原則上不受窨的限制,可塑性極強(qiáng),可以任意延伸,實(shí)現(xiàn)積木式拼裝。目前大屏幕的彩色顯示屏非LＥD莫屬。（6)用LED制作的光源不存在諸如水銀、鉛等環(huán)境污染物,不會(huì)污染環(huán)境。因此人們將LED光源稱為“綠色”光源是受之無(wú)愧的。９、何謂綠色照明光源？它有哪些特點(diǎn)?所謂綠色照明光源就是指通過(guò)科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，具有效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品(包括電光源、燈用電器附件、燈具配線器材、以及調(diào)光控制器和控光器件)。通過(guò)綠色照明光源的使用，改善與提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境,并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明環(huán)境。１991年1月,美國(guó)環(huán)保局(EＰＡ)首先提出實(shí)施“綠色照明(Gｒeeｎlighｔｉng）"和推出“綠色照明工程(Ｇreenｌｉgｈｔingpｒｏgrａm)"的概念,并很快得到聯(lián)合國(guó)的支持和許多發(fā)達(dá)國(guó)家的重視,并積極采取相應(yīng)的政策和技術(shù)措施,推進(jìn)綠色照明工程的實(shí)施和發(fā)展。1993年１1月我國(guó)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委開(kāi)始啟動(dòng)中國(guó)綠色照明工程事半功倍于1９9６年正式列入國(guó)家計(jì)劃。節(jié)能與環(huán)保是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的二項(xiàng)基本要素。據(jù)最新統(tǒng)計(jì),我國(guó)照明年用電達(dá)２0０0億度,占總發(fā)電量的12%,約為2個(gè)半三峽滿負(fù)荷的發(fā)電量.如能用高效固態(tài)白光光源替代部分目前的通用電光源，特別是白熾燈,就可節(jié)省下一半約100０0億度的電量。另外有資料顯示，直接燃燒一噸煤將向空中排放上百公斤的SO2、NＯ2、粉塵與CO2，將會(huì)大面積破壞大氣與氣候環(huán)境，采用固態(tài)光源替代通用照明光源后,就可使我國(guó)減小數(shù)億噸級(jí)的大氣污染，有效地保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境。１０、為什么說(shuō)2１世紀(jì)將迎來(lái)照明產(chǎn)業(yè)自愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈以來(lái)又一次產(chǎn)業(yè)革命?目前市場(chǎng)上流行的照明器材,無(wú)論是白熾燈還是熒光燈,或是氣體放電燈，均為真空或充氣狀態(tài)的玻殼制品。而固態(tài)白光是一種純固體的白色發(fā)光源，這種光源由半導(dǎo)體材料制成，又稱之為半導(dǎo)體白光器件，或是ＬＥD發(fā)光器件。高亮LＥD的出現(xiàn)特別是GaN基藍(lán)綠色LＥD的崛起使LED的用途發(fā)生了革命性的變革——從指示燈轉(zhuǎn)向了照明。上世紀(jì)末的白色LED的發(fā)明,使用權(quán)人類的照明產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期。由于人類照明革命的巨大市場(chǎng)與對(duì)人類生存及發(fā)展的無(wú)限意義,可以毫不夸張地認(rèn)為，即將發(fā)生的照明革命,其意義與深遠(yuǎn)影響絕不來(lái)于上二個(gè)世紀(jì)發(fā)生的二次技術(shù)革命(蒸汽機(jī)時(shí)代與微電子時(shí)代)。二十一世紀(jì)讓我們進(jìn)入了一個(gè)固體照明的新時(shí)代．科學(xué)家預(yù)言，二十一世紀(jì)將是微電子和光電子協(xié)同作戰(zhàn)，共同發(fā)揮作用的時(shí)代。微電子和光電子是信息技術(shù)賴于迅猛發(fā)展的二個(gè)輪子,缺一不可。而固態(tài)照明正是二十一世紀(jì)科技進(jìn)步的最新成果。半導(dǎo)體照明的早日實(shí)現(xiàn)將使用權(quán)長(zhǎng)達(dá)12０多年的從愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈開(kāi)始的傳統(tǒng)照明時(shí)代劃上圓滿的句號(hào)。這不但是人類照明歷年與照明技術(shù)的巨大革命，更會(huì)對(duì)人類生活的改善帶來(lái)革命性的推動(dòng)作用，是對(duì)人類進(jìn)步過(guò)程的一個(gè)巨大貢獻(xiàn)。由于ＬＥD在照明方面的發(fā)展?jié)摿?一些先進(jìn)國(guó)家與地區(qū)對(duì)LED的發(fā)展制定了國(guó)家級(jí)的發(fā)展計(jì)劃。日本從１998年開(kāi)始實(shí)施“21世紀(jì)光計(jì)劃”，預(yù)計(jì)２0１0年白光LED的發(fā)光效率達(dá)到1２0lm/w,到2020年希望能取代50％的白熾燈及全部熒光燈.美國(guó)也投入5億美元巨資,啟動(dòng)“下一代照明光源計(jì)劃”，旨在未來(lái)4０0億美元的照明光源市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中能領(lǐng)先于日本,歐洲與韓國(guó),打算到2０20年使用LEＤ的發(fā)光效率達(dá)到2０0lｍ/w，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前各類傳統(tǒng)照明光源的效率。預(yù)測(cè)到2０10年,美國(guó)將有5５%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈所替代，每年可節(jié)電35０億美元。此外,韓國(guó)、西歐、臺(tái)灣與中國(guó)大陸都在緊鑼密鼓啟動(dòng)各自的“半導(dǎo)體照明計(jì)劃”。如同晶體管替代電子管一樣,半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)照明光源的浪潮，必將洶涌澎湃,勢(shì)如破竹，成為二十一世紀(jì)的大勢(shì)所趨，無(wú)可陰擋．面對(duì)半導(dǎo)體照明市場(chǎng)的巨大誘惑，世界三大照明工業(yè)巨頭,通用電氣、飛利浦、歐司朗等大公司紛紛與半導(dǎo)體公司合作成立半導(dǎo)體照明企業(yè),一場(chǎng)搶占半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)已經(jīng)在全球打響。1２、哪些產(chǎn)業(yè)是LEＤ產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成部分？ＬED產(chǎn)業(yè)鏈大致可以分為五個(gè)部分。一、原材料。二、LED上游產(chǎn)業(yè),主要包括外延材料和芯片制造。三、LED中游產(chǎn)業(yè),主要包括各種LED器件和封裝。四、LED下游產(chǎn)業(yè)，主要包括各種LED的應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。五、測(cè)試儀器和生產(chǎn)設(shè)備。關(guān)于ＬED上游、中游和下游產(chǎn)業(yè),下面將有詳細(xì)介紹這里重點(diǎn)介紹原材料產(chǎn)業(yè)和測(cè)試儀器和生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)業(yè)。LED發(fā)光材料和器件的原材料包括襯底材料砷化鎵單晶、氮化鋁單晶等。它們大部分是ＩＩI—V族化合物半導(dǎo)體單晶,生產(chǎn)工藝比較成熟，已有開(kāi)啟即用的拋光征供貨.其他原材料還有金屬高純鎵,高純金屬有機(jī)物源如三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基煙、三甲基鋁等,高純氣體氨、氮?dú)涞?。原材料的純度一般都要?N以上．封裝材料有環(huán)氧樹脂、AＢＳ、PＣ、PPD等。外延材料的測(cè)試儀器主要有ｘ射線雙晶衍射儀,熒光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等。芯片、器件測(cè)試儀器主要有LED光電特性測(cè)試儀,光譜分析儀等,主要測(cè)試參數(shù)為正反向電壓、電流特性、法向光強(qiáng)、光強(qiáng)角分布、光通量、峰值波長(zhǎng)、主波長(zhǎng)、色光標(biāo)、顯色指數(shù)等.生產(chǎn)設(shè)備則有MOCVＤ設(shè)備、液相外延爐、鍍膜機(jī)、光刻機(jī)、劃片機(jī)、全自動(dòng)固晶機(jī)、金絲球焊機(jī)、硅鋁絲超聲壓焊機(jī)、灌膠機(jī)、真空烘箱、芯片計(jì)數(shù)儀、芯片檢測(cè)儀、倒膜機(jī)、光色電全自動(dòng)分選機(jī)等.１8、當(dāng)前我國(guó)LＥD產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)相比,主要差距在哪里？當(dāng)前我國(guó)ＬED產(chǎn)業(yè)與國(guó)際先進(jìn)相比，差距主要反映在產(chǎn)品水平較低和研發(fā)能力不足上。從產(chǎn)品水平方面看越到上游，水平差距越大。如LEＤ屏幕技術(shù),與國(guó)外先進(jìn)水平差距不大，道路交通信號(hào)燈技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平略有差距,差距最大的是外延方面，主要反映在光學(xué)性能上,還反映在均勻性和成品率上，如InGaAｌＰ外延片制成的芯片，國(guó)外最高已達(dá)２0０~300ｍｃd／２0mA,而國(guó)內(nèi)僅10０~200。ＩｎGaN藍(lán)光和綠光數(shù)據(jù)也相差近一倍。至于在新產(chǎn)品的研發(fā)能力上，差距顯得更大些,目前我們外延產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),還全是仿照他人的，應(yīng)積極開(kāi)展創(chuàng)新型研發(fā)工作,做出具有我們自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的東西來(lái)。在大功率ＬED芯片的研發(fā)上，發(fā)光效率也大致相當(dāng)于先進(jìn)水平的一半,如白光在日本日立和美國(guó)Ｌumilｅd公司已有5０l(fā)m／w的產(chǎn)品，而我們研發(fā)的最高水平僅為25。7lm/ｗ，發(fā)光效率只有19。3ｌm/ｗ。大功率LED用國(guó)外芯片能封出3０l(fā)m／w器件。低檔和中檔的各種形狀的LEＤ我國(guó)現(xiàn)在都能生產(chǎn)．在LED大屏幕產(chǎn)品水平上還有一定差距,而在應(yīng)用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上，如液晶背光源,汽車燈方面也有一定差距。誠(chéng)然經(jīng)過(guò)努力，我們也有一些開(kāi)發(fā)產(chǎn)品具備了國(guó)際上的先進(jìn)水平.如硅襯底上外延ＩnGaＮ，已取得30mcｄ/20mA的芯片成果.而在道路交通信號(hào)燈和航標(biāo)燈方面也達(dá)到了與國(guó)際先進(jìn)相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品水平,并取得了較好的市場(chǎng)業(yè)績(jī)。值得高興的是，近二年，特別是國(guó)家半導(dǎo)體照明工程啟動(dòng)以來(lái)，產(chǎn)品水平和開(kāi)發(fā)水平提高的速度明顯加快,出現(xiàn)上、中、下游全面啟動(dòng)的好現(xiàn)象，按這樣的發(fā)展趨勢(shì)，逐步趕上國(guó)際先進(jìn)水平是指日可待的．1９.ＬED的發(fā)光源是——ＰＮ結(jié)，是如何制成的？哪些是常用來(lái)制造LＥD的半導(dǎo)體材料？發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PN結(jié)。在PN結(jié)上加正向電壓時(shí)注入少數(shù)載流子,少數(shù)載流子的復(fù)合發(fā)光就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。PN結(jié)就是指在一單晶中,具有相鄰的Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)的結(jié)構(gòu),它通常是在一種導(dǎo)電類型的晶體上以擴(kuò)散、離子注入或生長(zhǎng)的方法產(chǎn)生另一種導(dǎo)電類型的薄層來(lái)制得的。如曾用離子注入法制成碳化硅藍(lán)色ＬED,用擴(kuò)散法制成GaAs、ＧaAs0。6０P0．４0/ＧaＡs０。35P0。65:Ｎ/GaP、ＧａAs0.１5Ｐ０。85：Ｎ/ＧａP、GaP:ＺｎO/GａP的紅外、紅光、橙光、黃光、紅光LED,而GaＡｌAs、InGａＮ、InＧａAlP超高亮度LＥD都是由生長(zhǎng)結(jié)制成，效率較高的ＧaＡs、GaＰ：ZnＯ/GａP和GaP：N/GaＰLEDＰN結(jié)也是用生長(zhǎng)結(jié)制成的.生長(zhǎng)結(jié)一般較擴(kuò)散法和離子注入法是過(guò)補(bǔ)償制成PN結(jié)，無(wú)用雜質(zhì)過(guò)多且造成晶體質(zhì)量下降，缺陷增多，使用權(quán)非輻射復(fù)合增加，導(dǎo)致發(fā)光效率下降。常用來(lái)制造LＥD的半導(dǎo)體材料主要有砷化鎵、磷化鎵、鎵鋁砷、磷砷化鎵、銦鎵氮、銦鎵鋁磷等ＩII-Ｖ族化合物半導(dǎo)體材料,其他還有IV族化合物半導(dǎo)體碳化硅、II-VＩ族化合物硒化鋅等.22、當(dāng)前生產(chǎn)超高亮ＬＥＤ的外延方法主要有幾種?什么是MOCVD?當(dāng)前生產(chǎn)超高亮LＥＤ的外延方法主要有兩種，即液相外延生產(chǎn)ＡlGaＡsLEＤ和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOＣVD)生產(chǎn)AｌGaAｓ、AlGaInP和InGaNＬＥＤ。其中尤以ＭOＣVＤ方法為主。一九六八年,Maneseviｌ等人用三甲基鎵（TMG）做鎵源AsH３做As源,H2作載氣在絕緣襯底（Al2Ｏ３、MgAlＯ4等)上首次成功地氣相淀積了GaＡs外延層，創(chuàng)立了金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù).后來(lái)的研究表明這是一種具有高可靠性、控制厚度、組成慘雜濃度精度高，垂直性好、靈活性大、非常適合于進(jìn)行III-V族化合物半導(dǎo)體及其溶體的外延生長(zhǎng)，也可應(yīng)用于II－VＩ族等，是一種可以實(shí)現(xiàn)像硅外延那樣大規(guī)模生產(chǎn)的工藝,具有廣闊發(fā)展前途，目前是生產(chǎn)ＡｌGａInP紅色和黃色LED和IｎＧaN藍(lán)色、綠色和白色LED的可工業(yè)化方法。由于MOCVD的晶體生長(zhǎng)反應(yīng)是在熱分解中進(jìn)行的,所以又叫熱分解法。通常用IＩＩ族烷基化合物(Aｌ、Gａ、In等的甲基或乙基化合物)作為III族源,用V族氫化物（ＮH3、PH3、AｓH3等作為V族源。由III族烷基化合物在室溫附近是蒸氣壓較高的液體，所以用氫氣作載氣鼓泡并使之飽和,再將其與V族氫化物一起通入反應(yīng)爐中，即在加熱的襯底上進(jìn)行熱分解，生成化合物晶體淀積在襯底上。先進(jìn)的MＯＣＶＤ設(shè)備應(yīng)具有一個(gè)同時(shí)生長(zhǎng)多片均勻材料,并能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的生長(zhǎng)系統(tǒng)。設(shè)備的精確過(guò)程控制是保證能重復(fù)和靈活地進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)外延材料的必要條件.所以設(shè)備應(yīng)具有對(duì)載氣流量和反應(yīng)劑壓力的精密控制系統(tǒng)，并配備有快速的氣體轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和壓力平衡裝置。將用合適結(jié)構(gòu),使用權(quán)熱場(chǎng)均勻,并保證具有滿意的結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌和外延爐內(nèi)、片與片、爐與爐之間的均勻性.目前國(guó)際上供應(yīng)MOCVD設(shè)備的公司主要有三個(gè),即美國(guó)Veeｃo公司、德國(guó)的Ａixtron公司和美國(guó)的ＴｈomasSwaｎ公司。2７、請(qǐng)可否能深入淺出地介紹一下LＥＤ芯片的制造流程。LED芯片制造主要是為了制造有效可靠的低歐姆接觸電極能滿足可接觸材料之間最小的壓降及提供焊線的壓墊，同時(shí)要滿足盡可能多的出光。主要流程如圖27—1外延材料檢驗(yàn)外延材料檢驗(yàn)清洗鍍膜光刻合金入庫(kù)包裝檢測(cè)切割圖２7－1鍍膜工藝一般用真空蒸鍍方法,其主要在1。３３＊1０—4pａ高真空下用電阻加熱或電子束轟擊加熱方法使材料熔化在低氣壓下變成金屬蒸氣沉積在半導(dǎo)體材料表面,一般所用P型的接觸金屬的包括AuBｅ，AuZｎ等，N面的接觸金屬常采用AuGeNi合金,鍍膜工藝中最常出現(xiàn)的問(wèn)題是鍍膜前的半導(dǎo)體表面清洗，半導(dǎo)體表面的氧化物,油污等雜質(zhì)清洗不干凈往往造成鍍膜不牢,鍍膜后形成的合金層還需要通過(guò)光刻工藝將發(fā)光區(qū)盡可能多露出來(lái)，使留下來(lái)的合金層能滿足有效可靠的低歐姆接觸電極，及焊線壓墊的要求，正面最常用到的形狀是圓形，對(duì)背面來(lái)說(shuō)若材料是透明的也要刻出圓形如圖27-２所示正面電極正面電極背面電極圖27-2光刻工序結(jié)束后還要通過(guò)合金化過(guò)程。合金化通常是在H２或Ｎ２保護(hù)下進(jìn)行。合金化的時(shí)間溫度通常是根據(jù)半導(dǎo)體材料特性．合金爐形式等因素決定，通常紅黃ＬEＤ材料中的合金化溫度在350度到550度之間。合金化成功后半導(dǎo)體表面相鄰兩電極間的I—Ｖ曲線通常是成直線關(guān)系，當(dāng)然若是半綠等芯片在電極工藝還要復(fù)雜要增加鈍化膜生長(zhǎng),等離子刻蝕工藝等。紅黃LＥD管芯切割方法類似于硅片管芯切割工藝.普通使用的是金剛砂輪刀片.其刀片厚度一般為25uｍ。對(duì)于蘭綠芯片工藝來(lái)說(shuō)，由于襯底材料是Aｌ2Ｏ3要先用金剛刀劃過(guò)以后掰裂的方法。發(fā)光二極管芯片的檢測(cè)的根據(jù)一般包括測(cè)試其正向?qū)妷?，波長(zhǎng)，光強(qiáng),及反向特性等。芯片成品包裝一般包括白膜包裝和藍(lán)膜包裝.白膜裝一般是有焊墊的面粘在膜上,芯片間距也較大適合手動(dòng)。藍(lán)膜包裝一般是背面粘在膜上。芯片間距較小適合自動(dòng)機(jī)。2９、通過(guò)哪些芯片制造過(guò)程中的工藝技術(shù)措施,可以提高芯片發(fā)光強(qiáng)度與出光效率?LＥD的亮度主要取決于外延方法和外延質(zhì)量好壞，在芯片制造過(guò)程中采取不同的方法也可提高一些光強(qiáng)即提高外量子效率,但是程度有限?，F(xiàn)在使用最方泛的方法是進(jìn)行表面粗化工藝。粗化的原理是增加發(fā)光面積。該方法適用于黃,綠，普紅,普黃.等GａPa基材的外延片，另外紅外LED也可采用該方法。這種方法一般可以提高30％。另外有一種方法是覆蓋一層增透膜。由于發(fā)光二極管晶體的折射率比較高，當(dāng)光線射向晶體表面時(shí)，在晶體和空氣的交界面上就要產(chǎn)生折射．若假定該晶體的折射率為N1,入射角為θ1,在空氣折射率為N2，折射角為θ2時(shí)，如圖２9-1:NN1 空氣N3 空氣折射光θ1 θ1 N2 θ2=90°N2 半導(dǎo)體表面半導(dǎo)體表面介質(zhì)層折射光θ1212 θ θ2 θ3N2 2N1abcc圖29-1根據(jù)折射定律，可得：NIsｉｎθ1=N２ｓinθ2(2９—1)從式（29—1）知，當(dāng)θ２=9０°時(shí)的θ１稱為入射臨界的半角用θC表示,即θＣ=arcsinN2/N１(29-2)顯然當(dāng)θ1>=θC時(shí)光線全部被反射向晶體內(nèi)部,如果在LＥD晶體與空氣之間鍍一層中等折射率的介質(zhì)層可增大臨界角θC。比如ＧaＰ的N1=3．3如果還沒(méi)有介質(zhì)層則臨界角θC=17。7度.覆蓋一層Ｎ2=１．６6的介質(zhì)層后θC可能增大到了30.3度,光強(qiáng)可提高為2。５倍。目前通過(guò)工藝和結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)可以提高芯片的出光效率,歸納起來(lái)有如下幾種有效方法：透明襯底技術(shù)通常LED的襯底用ＧaAs材料，但ＧaAs是一種吸光材料,LED發(fā)出的光會(huì)被它吸收，降低出光效率．為此,在外延成PＮ結(jié)后，用腐蝕的方法GaＡｓ襯底去除，然后在高溫條件下將能透光的ＧaP粘貼上去做襯底,使PＮ結(jié)射出光通過(guò)金屬底板反射出去,提高出光效率。這種方法在制作ＩnGａAlP四元芯片時(shí)，在去除ＧaAｓ襯底后先用粘貼方法制作一層金屬鏡面反光層，然后再粘貼基板，這樣使射向襯底的光放射到出光面，使芯片出光效率提高。芯片表面粗化法由于GaN的折射系數(shù)η１=2.3,與空氣折射系數(shù)η1=1相差較大,其余反射臨界角僅為25°，使大部分光不能逸出到空氣中去，出光效率較低.為此，通過(guò)改變GaN與空氣的介面的幾何形狀，使全反射臨界角增大,提高出光效率,這就是通過(guò)芯片表面粗化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2９－２示出芯片出光面示意圖。MQWWMQWW金屬反射層W襯底WW圖29—2襯底NMQWP襯底NMQWP圖29－3Ｆliｐ-chｉp技術(shù)。參見(jiàn)第35題。30、LED的芯片為什么要分成諸如8ｍil，９mｉl…１3至２２miｌ，４0ｍｉl等不同的尺寸？尺寸大小對(duì)LED光電特性有哪能些影響?LEＤ芯片大小根據(jù)功率可分為小功率芯片中功率芯片和大功率芯片。根據(jù)客戶要求可分為單管級(jí)數(shù)碼級(jí),點(diǎn)陳級(jí).以及裝飾照明用。至于芯片的具體尺寸大小是根據(jù)不同芯片生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)水平而定。沒(méi)有具體要求。只要工藝過(guò)關(guān)芯片小可提高單位產(chǎn)出并降低成本。光電性能并不會(huì)發(fā)生根本變化,芯片的使用電流大,他們的單位電流密度基本差不多.如果10mｉl芯片的使用電流是２0mA的話，那么40ｍil芯片理論上使用電流可以提高１6倍即32０mA。但是考慮到散熱是大電流下的主要問(wèn)題,所以他的發(fā)光效率比小電流低,另一方面由于面積增大，芯片的體電阻會(huì)降低，所以正向?qū)妷簳?huì)有所降低．34、請(qǐng)介紹一下“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點(diǎn)？所謂透明電極一是要能夠?qū)щ?二是要能夠透光。這種材料現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用在液晶生產(chǎn)工藝中,其名稱叫氧化銦錫，英文縮寫ITO,但它不能作為焊墊使用。一般結(jié)構(gòu)如圖34-1。制作時(shí)要在芯片外延表面做好歐姆接觸電極，然后在表面覆蓋一層IＴO(shè),再在ＩＴＯ表面鍍一層焊墊。這樣從引線上下來(lái)的電流通過(guò)ITO層均勻分布到各個(gè)歐姆接觸電極上，同時(shí)ITO由于折射率處于空氣與外延材料折射率之間,可提高出光角度,光通量也可增加。P層電極P層電極焊墊透明電極（ITO）外延層襯底３５、什么是“倒裝裝芯片”(ＦlｉｐＣhip）?它的結(jié)構(gòu)如何?它有哪些優(yōu)點(diǎn)?普通藍(lán)光ＬED芯片結(jié)構(gòu)如圖３5—1:藍(lán)光LＥＤ通常采用Ａl２O３用襯底硬度高、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率低，如果采用正裝結(jié)構(gòu)，一方向會(huì)帶來(lái)防靜電的問(wèn)題,另一方面，在大電流情況下散熱也會(huì)成為最主要的問(wèn)題。同時(shí)由于正面電極朝上,會(huì)遮掉一部分光,發(fā)光效率會(huì)降低。大功率藍(lán)光LED(如圖35—2）通過(guò)芯片倒裝技術(shù)(FＬIＰCHＩP)可以比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)得到更多的有效出光.現(xiàn)在主流的倒裝結(jié)構(gòu)做法是:首先制備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍(lán)光LED芯片。同時(shí)制備出比藍(lán)光LED芯片略大的硅襯底，并在上制作出共晶焊的金導(dǎo)電層及引出導(dǎo)線層(超聲金絲球焊點(diǎn)）.然后,利用共晶焊接設(shè)備將大功率藍(lán)色ＬED芯片與硅襯底焊接在一起。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外延層直接與硅襯底接觸,硅襯底的熱阻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石襯底，所以散熱的問(wèn)題很好地解決了。由于倒裝后藍(lán)寶石襯底朝上，成為出光面,藍(lán)寶石是透明的，因此出光問(wèn)題也得到解決.如果在外延表面作一層金屬反光層，那么有源層向下發(fā)的光通過(guò)金屬鏡面反射向上,通過(guò)Ａl２Ｏ3襯底向外發(fā)射,提高了出光效率．３6、用于半導(dǎo)體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么？隨著半導(dǎo)體ＬＥD技術(shù)地發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多,特別是白光ＬED的出現(xiàn),更是成為半導(dǎo)體照明的特點(diǎn)。但是關(guān)鍵的芯片、封裝技術(shù)還有待提高，在芯片方面要朝大功率、高光效和降低熱阻方面發(fā)展。提高功率意味著芯片的使用電流加大,最直接的解決方法是加大芯片尺寸，現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的大功率芯片都在１mm×1mm左右,使用電流在350ｍA。由于使用電流的加大，散熱問(wèn)題成為了突出問(wèn)題,現(xiàn)在通過(guò)芯片倒裝的方法基本在350mA。由于使用電流的加大，散熱問(wèn)題成為了突出問(wèn)題,現(xiàn)在通過(guò)芯片倒裝的方法基本解決了這一問(wèn)題。隨著LED技術(shù)的發(fā)展,其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)面臨一個(gè)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。３７、LED芯片封裝成發(fā)光二極管一般可以分成哪幾種形式?他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上各有什么不同?LEＤ芯片的封裝形式很多,針對(duì)不同使用要求和不同的光電特性要求，有各種不同的封裝形式,歸納起來(lái)有如下幾種常見(jiàn)的形式:軟封裝—-芯片直接粘結(jié)在特定的PCＢ印制板上,通過(guò)焊接線連接成特定的字符或陳列形式，并將ＬED芯片和焊線用透明樹脂保護(hù),組裝在特定的外殼中。這種欽封裝常用于數(shù)碼顯示、字符顯示或點(diǎn)陳顯示的產(chǎn)品中。引腳式封裝——常見(jiàn)的有將LED芯片固定在20０0系列引線框架上,焊好電極引線后，用環(huán)氧樹脂包封成一定的透明形狀,成為單個(gè)LED器件.這種引腳或封裝按外型尺寸的不同可以分成φ3、φ5直徑的封裝。這類封裝的特點(diǎn)是控制芯片到出光面的距離，可以獲得各種不同的出光角度：15°、30°、45°、60°、9０°、1２0°等，也可以獲得側(cè)發(fā)光的要求，比較易于自動(dòng)化生產(chǎn)。微型封裝即貼片封裝－-將LＥＤ芯片粘結(jié)在微小型的引線框架上，焊好電極引線后，經(jīng)注塑成型,出光面一般用環(huán)氧樹脂包封雙列直插式封裝-—用類似IC封裝的銅質(zhì)引線框架固定芯片，并焊接電極引線后用透明環(huán)氧包封，常見(jiàn)的有各種不同底腔的“食人魚"式封裝和超級(jí)食人魚式封裝,這種封裝芯片熱散失較好，熱阻低，LED的輸入功率可達(dá)０。1W~０.5W大于引腳式器件,但成本較高.(5）功率型封裝-—功率LED的封裝形式也很多，它的特點(diǎn)是粘結(jié)芯片的底腔較大，且具有鏡面反射能力,導(dǎo)熱系數(shù)要高，并且有足夠低的熱阻，以使芯片中的熱量被快速地引到器件外,使芯片與環(huán)境溫度保持較低的溫差。具體見(jiàn)42題。38、LＥＤ芯片封裝成器件一般的制造程是什么？LED芯片的封裝流程視不同封裝結(jié)構(gòu)略有不同，但原則上為如圖38—1所示的通常使用的封裝流程圖芯片擴(kuò)張芯片擴(kuò)張固晶焊線灌膠分光二切測(cè)試一切39、為什么要將芯片進(jìn)行封裝？封裝后的器件比裸芯在性能上有什么不同？通過(guò)封裝保護(hù)芯片不受氣氛侵害和震動(dòng)、沖擊性損害由于LED芯片無(wú)法直接使用,必須固定在支架等便于使用的裝置中,因此芯片與支架必須通過(guò)“打線”引出加注電流的導(dǎo)線,即引線。這些連線很細(xì),直徑僅0．1mｍ以下的金或鋁線不能耐受沖擊,另外芯片表面必須不受水、氣等物質(zhì)侵蝕,同樣要加以固封保護(hù)。這就要用透明率極高的材料加以灌封。一般常用透明環(huán)氧樹脂或透明硅膠類材料將芯片保護(hù)起來(lái)．(2)我們知道,如果芯片與空氣直接做界面,由于芯片材料與空氣的光折射系數(shù)相差較大，導(dǎo)致芯片內(nèi)發(fā)出的光大部分被反射回芯片,不能逸出到空氣中去。以GaAs材料與空氣為例，在界面處,芯片的全反射臨界角θc約為1４°，僅４-12%的光子能逸出到空氣中,如果用折射系數(shù)為1。5的環(huán)氧樹脂與芯片做截面,則其θc約為2２．6°，則提高了光的逸出率,再用球型環(huán)氧樹脂與空氣作為界面,則其內(nèi)部的光子幾乎絕大部分可以逸出到空氣中，僅不到4%的被反射，因此，通過(guò)選擇封裝材料的折射系數(shù)與芯片作界面進(jìn)行封裝,可以提高LED的出光效率。(３）增大芯片上熱量散失的能力芯片通過(guò)引線支架,可以將芯片由于施加功率引起溫度升高的熱量導(dǎo)出到空氣中去,也就是可以提高芯片PＮ結(jié)上施加的電功率，提高芯片使用的可靠性,改善因結(jié)溫升高而引起的光電參數(shù)的退化．(４)方便ＬED的組裝與使用．由于LED封裝的形式較多,對(duì)于不同的使用場(chǎng)合和安裝上的要求,可以選擇最有利于組裝和散熱的封裝,這就使LED器件的應(yīng)用范圍得以拓展。41、何謂“一次光學(xué)設(shè)計(jì)”?LEＤ封裝中有哪幾種出光透鏡?他們有何特點(diǎn)？在ＬED封裝過(guò)程中,一個(gè)很重要的方面是如何達(dá)到高的出光效率和符合不同出光要求的發(fā)光配光要求?這就是LEＤ“一次光學(xué)"設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題。ＬED裸芯片是無(wú)法直接使用的,必須加以封裝。與其他半導(dǎo)體器件不同，它要通過(guò)封裝將芯片發(fā)出的光盡可能多地取出來(lái)，不僅如此還要達(dá)到不同的出光角度,配光要求。由于這比較專業(yè),這里僅舉例加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。n1n2θc有源層空氣環(huán)氧樹脂θ2圖41-1圖41－1示出芯片與某一材料的光線傳達(dá)輸路徑的示意圖。其中n1是ＬＥD芯片,例如IｎGaN,其折射系數(shù)為２.3,環(huán)氧樹脂，其折射系數(shù)為1.5,顯然這種平面結(jié)構(gòu),芯片射出的光會(huì)發(fā)生全反射系數(shù)為1。５，顯然這種平面結(jié)構(gòu)，芯片射出的光會(huì)發(fā)生全反射到芯片內(nèi)部的臨界角θｃ=aｒcSｉn（1。５/2.３)≈n1n2θc有源層空氣環(huán)氧樹脂θ2圖41-1或從透鏡四邊側(cè)面射出(側(cè)發(fā)光）等不同的配光方式,這就是所謂LED封裝中的一次光學(xué)設(shè)計(jì)。４２、大功率LＥD的封裝形式目前常見(jiàn)的有哪幾種?他們各自有哪些異同？常見(jiàn)的功率LED的封裝結(jié)構(gòu)如圖4２-１所示,在這種封裝結(jié)構(gòu)中將ＬED功率芯片用合金法“燒結(jié)”在銅質(zhì)碗腔內(nèi)加以固定，引線經(jīng)焊接將LEＤ正負(fù)電極與覆銅墻鐵壁鋁基板上的焊點(diǎn)連結(jié)起來(lái),再用透明硅膠(白光則用熒光粉）覆蓋芯片和引線,最后將根據(jù)要求的出光角度的透鏡安裝在鋁基板上,構(gòu)成一個(gè)功率ＬＥD器件。鋁熱沉的厚度與面積視LＥＤ功率大小的確定,可以有各種不同的尺寸和形式。由于用ＰC樹脂作透鏡，可以根據(jù)發(fā)光的要求的不同,設(shè)計(jì)出聚光型,發(fā)散型，側(cè)光型等透鏡。集成多芯片封裝——這種封裝形式就是將多個(gè)LED芯片組裝在同一個(gè)基板上,根據(jù)使用要求用印刷技術(shù)使各個(gè)芯片連接成一定的串/并結(jié)構(gòu),可以用多個(gè)使每個(gè)芯片出光角度為一定的小透鏡,組成一個(gè)大尺寸的出光面,圖42—2示出這種結(jié)構(gòu)的實(shí)樣示意圖。隨著ＬEＤ應(yīng)用的拓展和封裝技術(shù)的提高,各種性能好，成本低，便于大生產(chǎn)的封裝方式會(huì)層出不窮，越來(lái)越多。4６、能否簡(jiǎn)單介紹一下芯片粘結(jié)工藝中的“合金粘結(jié)"工藝？在功率LED芯片封裝過(guò)程中,芯片與支架底腔的固晶,為了降低粘結(jié)層的熱阻,可以采用“合金粘結(jié)”的方法。這種方法是將ＬED芯片與支架底腔間放置一種合金材料，通過(guò)加溫加壓的方法使之共熔粘合固化，是芯片牢固地定位在支架(或熱沉)上。合金粘結(jié)的關(guān)鍵是找到芯片襯底蒸鍍得金屬材料(例如AuBe）與支架碗腔放置芯片處的金屬鍍層(例如金和鉛錫等)放置的合金材料在某一溫度(稱之共晶溫度)從而使這三者共溶固化。一般這一共晶溫度可以從合金材料的相圖上尋找到，為說(shuō)明方便，我們舉一個(gè)鉛錫合金（PｂSn)為例對(duì)合金工藝作一介紹．圖46—1圖46－1示出ＰbSｎ的相圖。由圖知：X軸是Pｂ和Sｎ的配比百分率.Y軸則是溫度。顯然，（Ａ)點(diǎn)是鉛的熔點(diǎn)３２7℃，(E)點(diǎn)是Sn的熔點(diǎn)２３２℃，曲線(（A)（C）（E）)為表示Pb和Sｎ在不同配比時(shí)的熔點(diǎn)曲線,其上部是溶化區(qū)，即液態(tài)區(qū),因此稱這條曲線為Pb-Sn液相曲線,同樣,曲線(A）(B)（C)(D）(Ｅ）為PbＳn的固相曲線,即其下部為固體。這二條曲線之向的陰影區(qū)域?yàn)椋衎Sn非液非固的塑性區(qū),稱為可塑區(qū).僅(C）點(diǎn)處于液相與固相的交點(diǎn)，周邊無(wú)可塑區(qū)，這一點(diǎn)的溫度１83℃,稱為共晶溫度。假設(shè)芯片襯底有一個(gè)Ｓｎ層，支架底腔有一層Ｐb層（或?yàn)殄a層）中間放一ＰbSｎ薄層（如0。1mm由于合金材料導(dǎo)熱系數(shù)較之銀膠等高一個(gè)數(shù)量級(jí),因此可以大幅度降低這一層面的熱阻,有利于將芯片內(nèi)的熱量導(dǎo)出到芯片外，增大ＬED功率容量。48、白光LED是通過(guò)哪些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的？目前LＥＤ實(shí)現(xiàn)白光的方法主要有三種:通過(guò)ＬEＤ紅、藍(lán)、黃的三基色多芯片組合發(fā)光合成白光；優(yōu)點(diǎn):效率高、色溫可控、顯色性較好。缺點(diǎn)：三基色光衰不同導(dǎo)致色溫不穩(wěn)定、控制電路較復(fù)雜、成本較高。藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉，由ＬED藍(lán)光和熒光粉發(fā)出的黃綠光合成白光，為改變顯色性能還可在其中加少量紅色熒光粉或同時(shí)加適量綠色、紅色熒光粉;優(yōu)點(diǎn)：效率高、制備簡(jiǎn)單、溫度穩(wěn)定性較好、顯色性較好．缺點(diǎn):一致性差、色溫、角度變化．近紫外光ＬED芯片激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光。優(yōu)點(diǎn)：顯色性好、制備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：目前LED芯片效率較低、有紫外光泄漏問(wèn)題、熒光粉溫度穩(wěn)定性問(wèn)題有待解決．49．當(dāng)前制造白光LEＤ的主流方法是什么？基于三基色原理,目前LEＤ實(shí)現(xiàn)白光的方法主要有多種,其中技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單的主流方法是在GａN基藍(lán)光LEＤ芯片上涂一層黃色熒光粉，一部分藍(lán)光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生黃綠光,與直接透過(guò)熒光粉的藍(lán)光混合產(chǎn)生白光，目前已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。50.白光LＥＤ當(dāng)前具有代表性的產(chǎn)品的水平如何?白光LED當(dāng)前具有代表性的產(chǎn)品是美國(guó)Lumileｄs公司生產(chǎn)的功率LED光源，這種光源稱之為“LuxｅonEｍittｅr”，它是Luxeｏn系列產(chǎn)品基本形式（1瓦)，現(xiàn)將在其網(wǎng)站上公布的性能水平歸納于下表:表5０—1工作電流IF＝350mA結(jié)溫TＪ=25ＬｕxeｏｎEｍiｔtｅr型號(hào)顏色色溫（K）光通量典型值фV(lm）正向電壓典型值VＦ（Ｖ)光束空間分布類型LXHL—BＷ０2白色55002５3。４２蝙蝠翼型LXHL—BW0３暖白色３3０0203。42蝙蝠翼型ＬＸHL－P0１白色５５00253.42朗伯型LＸＨＬ-DW0１白色55002２３。42側(cè)射型51.什么是色溫？什么是顯色指數(shù)?⑴色溫是用來(lái)表示光源顏色的量，當(dāng)光源發(fā)射的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí),黑體的溫度(TC）稱為該光源的顏色溫度或叫色溫。為了求得光源的色溫,需先求得它的色度坐標(biāo)，然后在色度坐標(biāo)圖上由CIE1960UＣS推薦的ISO色溫線求取色溫。對(duì)于相對(duì)光譜功率分布偏離黑體相對(duì)光譜功率分布較遠(yuǎn)的光源,用色度坐標(biāo)與其靠近的黑體溫度來(lái)表示該光源的相關(guān)色溫,在色溫線上求取相關(guān)色溫.⑵光源的顯色指數(shù)是光源顯色性的定量描述，表示符號(hào)為Ra.光源對(duì)物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性,也就是顏色逼真的程度，顯色性高的光源對(duì)物體再顯較好，我們所看到的顏色也較接近自然原色;顯色性低的光源對(duì)顏色的再現(xiàn)性差,我們看到的顏色偏差也較大。國(guó)際照明委員會(huì)CIE把太陽(yáng)的顯色指數(shù)定為Rａ＝100,各類光源的顯色指數(shù)各不相同。顯色性是照明設(shè)計(jì)上非常重要的參數(shù),直接影響被照物品燈光下顏色真實(shí)的效果。５２．照明領(lǐng)域?qū)Π坠猓蹋臘的光電性能有哪些基本要求？照明領(lǐng)域?qū)Π坠猓蘀D的光電性能的基本要求一般以瓦級(jí)單芯片封裝的白光功率LＥD來(lái)表示:⑴發(fā)光效率：≥２0lm/W(Ip=350mA)⑵發(fā)光通量：=發(fā)光效率×正向電壓×3５0mA⑶色溫：3０００-8000K⑷顯色指數(shù):7０-85⑸熱阻:≤2０℃⑹壽命:１-5萬(wàn)小時(shí)5３.能否從照明光源的基本性能上列表比較一下白熾燈、熒光燈與白光ＬED的優(yōu)劣？表５3-1白熾燈、熒光燈與目前白光LED基本性能的優(yōu)劣比較名稱白熾燈熒光燈白光LEＤ光效（lm/W)１5７0—10030顯色指數(shù)（Ra)10０70－9８70-８５色溫(Ｋ)2800系列化4000-8000平均壽命（h）10001000０50000價(jià)格（美元/lm）０。0０30。002３。6耗電成本(美元／ｌm?h）0.7０。20。４照明面發(fā)熱量高中低量產(chǎn)技術(shù)成熟成熟待改進(jìn)存在問(wèn)題⑴低效率高耗電⑵維護(hù)頻⑶燈炮易碎⑴廢棄汞蒸汽破壞環(huán)保⑵燈管易碎⑴光效待提高⑵散熱技術(shù)尚待改進(jìn)54.LEＤ光源取代傳統(tǒng)光源從目前來(lái)看還需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵？需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵主要有以下幾個(gè)方面:⑴發(fā)光效率障礙LED發(fā)出的光由于具有單色性,不需外加彩膜(濾光片),而白熾燈加彩膜后其有效發(fā)光效率僅為白熾燈原來(lái)光效的1/10,所以ＬＥD在交通燈、建筑裝飾、汽車警燈等應(yīng)用領(lǐng)域,由于其效率高、節(jié)省電能被廣泛使用，正在逐步取代帶彩色膜的白熾燈。然而照明光源多為白光,目前白光LED用于局部照明,節(jié)能效果有限。只有白光ＬED的發(fā)光效率遠(yuǎn)高于熒光燈達(dá)到150-２00ｌｍ／Ｗ才會(huì)有明顯的節(jié)能效果,因此LED光源取代傳統(tǒng)光源的最大障礙是其發(fā)光效率。⑵價(jià)格障礙價(jià)格是LED光源取代傳統(tǒng)光源需克服的另一障礙.目前LED光源的價(jià)格每流明高于0.1美元，是白熾燈價(jià)格的1０0多倍。美國(guó)Lｕmilｅds公司提出，在未來(lái)的幾年內(nèi)爭(zhēng)取降至0．01—0。０2美元/ｌm,即約折合人民幣0。１元／ｌｍ,1支相當(dāng)６0W白熾燈的LED光源仍需支付60元人民幣，計(jì)入性能價(jià)格比,雖然會(huì)被特殊應(yīng)用所接受，但LED作為普通光源進(jìn)入家庭，這樣的價(jià)格還是一大障礙。⑶功率LED制作技術(shù)功率ＬED是實(shí)現(xiàn)白光照明取代傳統(tǒng)照明光源的關(guān)鍵器件,其基本的關(guān)鍵技術(shù)包括:提高外延片內(nèi)量子效率優(yōu)化外延片結(jié)構(gòu),改進(jìn)外延生長(zhǎng)工藝條件,使藍(lán)光、紫光、紫外光外延片的內(nèi)量子效率能夠接近理論值９5%。提高大尺寸芯片的外量子效率為了獲得較大光能量需要采用大尺寸的功率型芯片，通過(guò)設(shè)計(jì)新型芯片結(jié)構(gòu)和采用新工藝（如芯片倒裝結(jié)構(gòu)、ITＯ電極、表面粗化工藝、表面紋理結(jié)構(gòu)、晶片鍵合工藝等）,使藍(lán)光、紫光、紫外光芯片的外量子效率達(dá)到50%以上。提高封裝的取光效率優(yōu)化和改進(jìn)封裝的光學(xué)、熱學(xué)和可靠性設(shè)計(jì)和工藝(如反射杯、透鏡、散熱通路、共晶焊接、柔性膠灌封等),使封裝的取光效率能夠與芯片的外量子效率接近。⑷熒光粉的制作和涂敷技術(shù)高性能熒光粉的制造技術(shù)熒光粉是ＬＥD實(shí)現(xiàn)白光照明的關(guān)鍵材料，需要盡快研制出效率高、顯色性好、性能穩(wěn)定的熒光粉。藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉目前雖能滿足白光LＥＤ產(chǎn)品的要求，但還需提高效率、降低粒度，制備出球形的熒光粉;在“藍(lán)光+綠色熒光粉+紅色熒光粉”的結(jié)構(gòu)中，紅色熒光粉的效率需要有較大的提高；在“紫外和紫外LED+三基色熒光粉”的結(jié)構(gòu)中,三種熒光粉都需要有較大的提高,其中紅色熒光粉目前效率最低,還有待于找到一種效率足夠高的材料.熒光粉的涂敷工藝技術(shù)熒光粉的涂敷工藝通常是將熒光粉用膠按一定比例調(diào)和成熒光膠,再用點(diǎn)膠機(jī)將其涂到LED芯片上,通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)如熒光粉與膠的配比、熒光粉激發(fā)波長(zhǎng)與ＬED芯片峰值波長(zhǎng)的匹配、熒光膠的流動(dòng)性及涂敷厚度等,使白光LＥD的色溫、顯色指數(shù)、流明效率等參數(shù)受控，作出符合應(yīng)用要求和一致性好的白光ＬEＤ產(chǎn)品。55.白光LＥD的光譜與單色光（紅、黃、藍(lán)、紫等）的光譜有些什么區(qū)別?單色光的光譜為單一波峰,特性是以峰值波長(zhǎng)(或主波長(zhǎng))及光譜半寬度來(lái)表示的，而白光LＥD的光譜由多種(紅、綠、藍(lán)）單色光譜合成,其光譜曲線顯現(xiàn)出多個(gè)不同幅度的波峰,其特性是以色度圖中色坐標(biāo)的色溫來(lái)表示,這就是二者的區(qū)別，如圖５5－1和圖5５—２所示。56.為什么用太陽(yáng)能電池與白光ＬED組合的照明系統(tǒng)被稱為“真正的綠色照明”系統(tǒng)?所謂“綠色照明系統(tǒng)”就是使用高效率、長(zhǎng)壽命、高可靠無(wú)害物質(zhì)污染環(huán)境的照明光源和再生能源的照明系統(tǒng)。因?yàn)?⑴白光LＥD具有體積小、重量輕、工作電壓低、長(zhǎng)壽命、高可靠等優(yōu)點(diǎn),而且它將比普通光源效率更高、更省電,并且它不含有汞、鉛等對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)。⑵太陽(yáng)能是最典型的“綠色”能源之一，它是人類取之不盡、用之不竭的清潔能源。根據(jù)半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)制成的太陽(yáng)能電池即光生伏特電池,由這種太陽(yáng)能電池組件與儲(chǔ)能裝置、控制裝置配套構(gòu)成太陽(yáng)能供電系統(tǒng).它具有不消耗常規(guī)能源、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用方便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。白天陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池板組件上產(chǎn)生電流,經(jīng)由充電控制器流入蓄電池,夜間充電器自動(dòng)切斷充電,接通蓄電池提供電能給白光ＬED使其發(fā)光實(shí)現(xiàn)照明。因此用太陽(yáng)能電池與白光ＬＥD組合的照明系統(tǒng)屬于“真正的綠色照明”系統(tǒng)．５7.何謂ＬEＤ的伏安特性？LEＤ的電功率是如何計(jì)算的?LEＤ是一個(gè)由半導(dǎo)體無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的單極性PＮ結(jié)二極管,它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，因此其電壓—電流之間的相互作用關(guān)系,一般稱為伏特(電壓V)和安培（電流A)特性(簡(jiǎn)稱V—I特性）與普通二極管類同，它們均遵循PN結(jié)整流方程，即有下式近似表示的關(guān)系：IF=IＦ(0）eqＶF／ＫT(5７—１)式中：IＦ(0)為反向飽和電流(又稱起始電流)q為電子電荷量K為玻爾茲曼常數(shù)T為絕對(duì)溫度（5７-１)式可看出,IF與VF呈指數(shù)關(guān)系,這是LＥＤ的正向Ｖ—I關(guān)系,即施加在LEDPN結(jié)上的電壓是正向電壓即Ｎ型端加負(fù)電壓,P型端加正電壓.當(dāng)在LＥDPN結(jié)上施加反向電壓VB時(shí)，在ＶＢ較低時(shí),流過(guò)ＬＥDＰN結(jié)的電流很微弱，幾乎為零，這時(shí)流過(guò)PN的電流IF(0)稱為反向飽和電流．但當(dāng)ＶB增加到一定值時(shí)，流過(guò)LEDPＮ結(jié)的電流會(huì)急劇增加,產(chǎn)生所謂的齊納電流或雪崩電流,此時(shí)即使微小的△VＢ將會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)電流無(wú)限制增加直至燒毀LED的PN結(jié)。我們稱這個(gè)電壓為ＬED的擊穿電壓．圖57—1是LED電壓—電流即伏安特性的示意圖。在第一象限的曲線正向特性區(qū),在第Ⅲ象限的曲線為反向特性區(qū)。在LEＤ的正向特性區(qū),V—Ｉ曲線的斜率稱為L(zhǎng)ED的跨導(dǎo),即式（57-1）對(duì)VF的求導(dǎo)：59．什么是LEＤ的內(nèi)量子效率?不同的發(fā)光波長(zhǎng),假定內(nèi)量子效率達(dá)100％，其電-光效率有何不同？從理論上講,當(dāng)我們?cè)贚ED的PN結(jié)上施加正向電壓時(shí),PN結(jié)會(huì)有電流流過(guò)。如前所述,電子和空穴在PN結(jié)過(guò)渡層中復(fù)合會(huì)產(chǎn)生光子,然而并不是每一對(duì)電子-空穴對(duì)復(fù)合的載流子都會(huì)產(chǎn)生光子，由于LED的PN結(jié)作為雜質(zhì)半導(dǎo)體，存在著因材料品質(zhì)缺陷，位錯(cuò)等因素,以及工藝上的種種缺陷，會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)電離、本征激發(fā)散射和晶格散射等問(wèn)題，使電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)與晶格電子或離子交換能量而產(chǎn)生無(wú)輻射躍遷，也就是不產(chǎn)生光子，這部分能量不轉(zhuǎn)換成光能而轉(zhuǎn)換成熱能損耗在PN結(jié)內(nèi),于是就有一個(gè)復(fù)合載流子轉(zhuǎn)換成光子的轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題存在。可以用(59-1）表示這一轉(zhuǎn)換效率，并用符號(hào)ηint表示。ηｉnt=(復(fù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)/復(fù)合載流子總數(shù)）×1０0％（59—1)當(dāng)我們無(wú)法支計(jì)數(shù)式(59－1）中的復(fù)合載流子總數(shù)和產(chǎn)生的光子總數(shù)。一般是通過(guò)測(cè)量LＥD輸出的光功率來(lái)評(píng)價(jià)這一效率,這個(gè)效率ηiｎｔ就稱為內(nèi)量子效率.當(dāng)然,提高內(nèi)量子效率要從LＥD的制造材料，PN結(jié)外延生長(zhǎng)工藝以及LＥD發(fā)光層的出光方式上加以研究才可能提高LEＤ的ηｉnt.這方面經(jīng)過(guò)科技界的不懈努力,已有顯著提高,從早期的百分之幾已提高到百分之幾十，有了很長(zhǎng)足的進(jìn)步，雖然如此,我們還有提高ηiｎt的較大空間.假設(shè)LEDPＮ結(jié)中每個(gè)復(fù)合載流子都能產(chǎn)生一個(gè)光子,是不是可以說(shuō)，LEＤ的電-光轉(zhuǎn)換效率就達(dá)到100％?回答是否定的。從半導(dǎo)體理論可以知道,對(duì)于不同的材料和外延生長(zhǎng)工藝的不同，所制成的LED的發(fā)光波長(zhǎng)是不同的。假定,這些不同發(fā)光波長(zhǎng)的LED其內(nèi)量子效率均達(dá)到100%,但由于一個(gè)電子從Ｎ層運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)有源層和一個(gè)空穴從P型層運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)有源層，產(chǎn)生復(fù)合載流子所需的能量Ｅ與不同波長(zhǎng)的LED的能帶位置相關(guān)而不都一樣。而不同波長(zhǎng)的光子的能量Ｅ(λ）也是不同的，電能到光能的變換有必然的損耗,我們下面舉例加以說(shuō)明:例如一個(gè)λD=63０nm的GａＩnＡIP四元橙色LＥD，其正常偏置約為VF≌2．２V，于是意味著它的一個(gè)電子與一個(gè)空穴復(fù)合成一個(gè)載流子所需的電熱能ER=2.2ｅv，而一個(gè)λD=630nm的光子的勢(shì)能為Ｅ(λ)=bc/λD≌1240／630≌１。97ｅv,于是電能到光能的轉(zhuǎn)換效率μ(e—Ｌ）R=1。97／２。２×1００%≌３9.5５%,即有0。２3ev的能量損失。（文中eｖ為電子伏特）如果對(duì)一個(gè)ＧaＮ的藍(lán)光４70nm的LEＤ,則VＦ≌３。4V,于是EＢ≌3。4ev,而EB(λ）≌124０/４７０≌2。64ev,于是μ=2.６4/3。４×100%≌７7．64%，這是在假定μint=１００％時(shí)若ＬED的電—光轉(zhuǎn)換的效率μinｔ=６0％，則對(duì)與紅色LEDμ（e-L)R=８９。５5%×60%=53.７3%，而對(duì)于藍(lán)色ＬED則有μ（ｅ-L)β=７7。６4％×６0％=４6.58%?？梢?jiàn)到目前為止LEＤ的光—電轉(zhuǎn)換效率不是很高的一個(gè)原因所在。60、LEＤＰN結(jié)有源層發(fā)出的光子能否100%逸出到空氣中？上面已經(jīng)了解到LEDPN結(jié)有源層的電—光轉(zhuǎn)換效率不是很高,有相當(dāng)一部分電能沒(méi)有轉(zhuǎn)換成光源，而是轉(zhuǎn)換成熱能損耗在PN結(jié)內(nèi),成為PN結(jié)的發(fā)熱源。人們正在通過(guò)材料、工藝等機(jī)理上的努力去提高這一效率，但是即使我們?cè)贚ED加上例如1Ｗ的電功率,它能將這個(gè)電功率全部變成1W光功率，那么我們要問(wèn):這些光子能否全部逸出到空氣中被人們“看見(jiàn)”？回答也是否定的。于是就有一個(gè)ＬED光子逸出率的問(wèn)題存在?？梢杂?6０-１)式來(lái)表示LED中產(chǎn)生的光子逸出到空氣中的比率。μont＝(逸出到空氣中的光子數(shù)/PN結(jié)產(chǎn)生的光子總數(shù))×１0０%（６0-１)我們可以稱（60-1）為ＬED的外量子效率。為方便說(shuō)明,我們假定LED的材料為GaAs，其材料的折射系數(shù)為ｎ1=3．９與芯片接觸的界面是空氣,它的光折射系數(shù)n0=1,由光的傳播理論中的光線折射定律可以知道,二種不同材料的界面在折射系數(shù)不相同時(shí),其垂直于界面的光的反射指數(shù)可用式(6０—2)來(lái)表示：Ｒ(L)=［(n1—n０)/（n1+n0）]2×100%(60－２)對(duì)于GaAｓ與空氣則有：R(L)=[(3.9—1)/（3。9+1)]2×100％=３5。02%這就是說(shuō)，有35.0２%的光子將被反射回GaＡｓ材料中即反射回芯片內(nèi)不能逸出到空氣中,僅有６4。9８％有可能逸出到空氣中。然而，LEＤ的發(fā)光若是一個(gè)點(diǎn)光源時(shí)，其邊界全發(fā)射臨界角θC與界面二種材料的折射系數(shù)有關(guān),并由(60—3）式確定:θC=arcSｉn(n０/n1)(6０—３)對(duì)于GａＡs和空氣:θC=arcSin(１／3。９)=1４。90°邊界全發(fā)射臨界角為29。8°，超過(guò)這個(gè)角度不能發(fā)射到空氣中,顯然這對(duì)一個(gè)球面而言，這個(gè)角度僅8。2７%的區(qū)域能全發(fā)射,顯然外量子效率是極低的。當(dāng)然對(duì)LED芯片來(lái)說(shuō),它是一個(gè)六面體,并非點(diǎn)光源,在不計(jì)電極擋光時(shí)，這個(gè)六面體的六個(gè)面均可有一個(gè)全發(fā)射臨界角,共可有49。６%的出光區(qū)域.事實(shí)上，LＥD由于要引出電極，固定在引線框架上等原因，還做不到六個(gè)面出光,也就是達(dá)不到49。6％的全發(fā)射區(qū)域。ＬＥD外量子效率一般僅在２0%左右，它還有很大的提升空間,就是要從LED芯片結(jié)構(gòu)，封裝結(jié)構(gòu)，材料折射系數(shù)等綜合多方面因素加以解決,來(lái)提高效率.6２、能否簡(jiǎn)述一下提高LED芯片電一光轉(zhuǎn)換效率的意義何在?通過(guò)上述幾個(gè)問(wèn)題的回答，我們已基本上了解目前LED芯片的電一光轉(zhuǎn)換效率不是很高，也就是說(shuō)其內(nèi)量子效率和外量子效率都有很大的提高空間,需要LED科技、產(chǎn)業(yè)界去努力改進(jìn).內(nèi)量子效率的改進(jìn),從改進(jìn)半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)、位錯(cuò)和缺陷著手,另外從PN結(jié)生長(zhǎng)工藝上加以改善,在芯片結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)上也有提高的余地，要做較多的工作,并要充分開(kāi)拓新材料、新工藝以取得效率提高上的突破。在芯片電極設(shè)計(jì)和電極引出上采用新的構(gòu)思和工藝方法,在這方面近年已有較大提高與突破。另外，在材料、光學(xué)設(shè)計(jì)方面均要加以改進(jìn)，總之要做的工作很多,電一光轉(zhuǎn)換效率