12章-半导体照明
半导体照明技术
半导体照明技术第一篇：半导体照明技术在照明行业中的应用半导体照明技术是目前照明行业中最为先进的技术之一，它使用半导体发光二极管（LED）作为光源，具有节能、环保、寿命长等优点。
半导体照明技术的应用涵盖了各个领域，包括室内照明、室外照明、特殊场合照明等。
室内照明是半导体照明技术应用最广泛的领域之一。
在室内照明中，半导体照明技术可以通过LED灯管、LED面板灯等产品实现。
与传统照明产品相比，半导体照明产品的功率较小，但是亮度却不差，而且其寿命远远超过传统照明产品。
这些优点使得半导体照明技术的应用在室内照明领域中得到了广泛的认可。
室外照明是半导体照明技术应用的另一个重要领域。
在室外照明领域中，半导体照明技术不仅可以用于普通路灯、景观灯等传统产品，还可以运用在智能路灯、太阳能路灯等高新产品上。
这些丰富的产品形态使得半导体照明技术在室外照明领域中具有广泛的应用前景。
此外，半导体照明技术还可以用于特殊场合照明，如舞台灯光等。
相比传统舞台灯光，半导体照明技术使用的LED灯具功率小、体积小、寿命长、色彩饱和度高等优点，使得其在舞台灯光领域中的应用日益广泛。
相信随着半导体照明技术的不断发展和创新，其在特殊场合照明领域的应用将会越来越多样化。
总之，半导体照明技术的应用范围非常广泛，在室内照明、室外照明、特殊场合照明等各个领域都有着重要的地位和作用。
随着半导体照明技术的不断进步和发展，相信其在照明行业中的应用前景将越来越广阔。
第二篇：半导体照明技术的发展历程半导体照明技术的发展可以追溯到20世纪60年代，此时LED还没有被广泛应用于照明行业。
在20世纪70年代，LED开始被用于数字显示器等场合，但是其在照明领域中的应用还不成熟。
直到80年代末和90年代初，半导体照明技术才开始在照明行业中得到广泛应用。
1992年，美国专利局颁发了一项LED照明专利，这在某种程度上标志着半导体照明技术正式开始跨入实用阶段。
随着技术不断成熟，LED的亮度逐渐提高，功率也逐渐降低，这使得LED照明成为了一种先进的、高效的照明方式。
半导体照明技术(第十讲)
一个刺到相应的位置上。
手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同 的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。
半
（6）自动装架
导
体
照
明
技
术
自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤：
先在LED支架上点上银胶（绝缘胶）， 然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置， 再安置在相应的支架位置上。
自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的
沾胶及安装精度进行调整。 在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面 的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤 芯片表面的电流扩散层。
半
（7）烧结
导
体
照
明
技
术
烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防
止批次性不良。
式中RT为两点间的热阻， T 为两点间的温度差，PD为两点 间的热功率流。热阻单位为°C/W或K/W
半
2、结构层热阻
导
体
照
明
技
术
结构层热阻RT正比于层的厚度L，反比于材料的热导率λ 和 层的面积S：
RT
3、扩展热阻
L S
当一热流通过一小面积进入无限固体中时，所产生的热阻 称为扩散热阻。
它的大小除与其无限固体的热导率有关外，还与接触面积 和形状有关。面积一定时，细长形接触的扩展热阻低于方形， 环形的小于椭圆形的，更小于圆形的。
引脚式封装；
平面式封装； 表面贴装式SMD LED； 食人鱼Piranha LED。
半
导
体
照
明
技
术
三、引脚式封装
（一）引脚式封装结构 LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见 的是直径为5mm的圆柱型（简称Φ 5mm）封装。
半导体照明技术
知识创造未来
半导体照明技术
半导体照明技术是一种利用半导体材料发光的照明技术。
常见的半导体照明技术包括LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明和OLED（Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管）照明。
LED照明是目前最常见和广泛应用的半导体照明技术。
LED 是一种能够将电能直接转换为光能的器件，具有高效能、
寿命长、耐震动、环保等优点。
LED照明应用范围广泛，
包括室内和室外照明、汽车照明、背光源等，已经逐渐代
替了传统的白炽灯和荧光灯。
OLED照明是一种新兴的照明技术，其原理是利用有机化合物在电流的激发下发出光线。
OLED具有薄、轻、柔性等特点，可以制成灵活的显示屏和照明设备。
OLED照明还具有自发光、均匀照明、色彩饱满等优点，适用于室内照明、
商业照明、装饰照明等领域。
半导体照明技术具有能源高效、寿命长、环保等优势，正
在逐渐成为未来照明的主流技术。
随着技术的发展和成本
的下降，半导体照明技术受到越来越广泛的应用和推广。
1。
半导体照明(1223)
一、战略意义与目标（一）战略意义半导体照明是21世纪具有重要发展前景的高技术领域之一。
半导体照明光源发光二极管(LED)具有高效、节能、环保、使用寿命长等显著特点。
它耗电量小，仅为同亮度白炽灯泡的10%～20%，寿命可长达100000小时，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。
目前正在孕育着人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次革命。
近年来，日本、美国、欧盟、韩国等相继推出国家级半导体照明计划。
我国台湾也在组织实施相关计划。
世界三大照明公司GE、Philips、Osram纷纷与半导体公司联合，组建起了半导体照明公司。
一场抢占半导体照明新兴产业制高点和世界市场的争夺战已经在全球打响。
照明是电力消耗的大户。
据统计，美国每年生产的大约3万亿度的电力中，照明就使用了6千亿度，占总电力的20%。
中国在2002年使用的电力约1.65万亿度，用于发光照明的达2千亿度，占总发电量的12%。
采用“半导体灯”替代传统光源，按节能45%计，节省的电力就等于多建一个三峡电站，而且还间接降低了燃煤发电对环境的污染。
我国已成为世界第二照明光源的生产国，也是出口大国。
2001年中国白炽灯的产量就高达35亿只，荧光灯13.5亿只。
发展半导体照明技术，可以用高技术提升传统照明产业的技术水平，提高我国照明电器在国际上的竞争力。
综上所述，半导体照明具有重要的经济和社会意义，已成为国际上新一轮高技术竞争的一个焦点。
我们应该抓住机遇，加快研究开发和产业化的步伐，在国际竞争中占有一席之地。
（二）战略目标（2004－2020）抓住照明产业革命的历史机遇，瞄准产业化目标，以应用促发展，突破半导体白光照明的关键技术，形成有国际竞争力的中国半导体照明新型产业。
具体说来，要瞄准成熟的低成本产业化技术，以近期解决市场应用和产品的性价比，中远期培育新兴的大功率普通白光照明产业为目标，从形成外延片、芯片到封装及产品应用的完整产业链的角度出发，解决产业化的关键技术和原创性核心技术，形成一批专利、培育一批企业、建设一批特色产业基地，建成有自主知识产权的标准体系，使半导体照明从目前的特种照明应用领域（指示灯、交通信号灯、大屏幕显示、LCD背光照明和汽车灯等）进入普通照明领域，继续保持中国在国际照明市场的大国地位，最终形成有国际竞争力的中国半导体照明新型产业。
半导体照明技术
半导体照明技术半导体照明技术是近年来光电子领域的一项重要技术，也是照明行业的一次革命性突破。
其与传统的照明技术相比，具有更高的效率、更长的寿命以及更低的能耗，被广泛应用于室内照明、汽车照明、背光源以及市政照明等领域。
半导体照明技术的核心是发光二极管（LED）。
LED通过电流的通过，使得半导体材料产生电子和空穴的复合，从而发出光辐射。
相比传统的白炽灯或荧光灯，LED具有更高的能源转换效率。
根据目前的研究数据，LED的工作效率可达到50-60%，而传统的白炽灯仅为10%，荧光灯为20%左右。
这意味着LED可以用更少的电能产生更强的光亮，从而减少了能源的浪费，降低了能源的消耗，有助于保护环境。
除了高效率之外，半导体照明技术还具有更长的使用寿命。
目前市场上的LED灯具寿命可达到20,000到50,000小时，远远超过了白炽灯的1000小时和荧光灯的5000小时。
这就意味着，在同样的使用时间内，LED灯可以减少更多的灯泡更换和维修成本。
同时，长寿命也减少了废旧灯泡的数量，降低了环境污染。
半导体照明技术的另一个优势是调光性能。
传统的白炽灯和荧光灯需要使用外接设备来调节亮度，而LED可以通过调节电流直接实现亮度的调节。
这使得LED灯具具备更好的可调性和光色表现，可以满足不同应用场景的需求。
例如，室内照明可以根据不同的情况调节亮度，达到更加舒适和节能的效果。
车辆照明则可以根据不同的驾驶条件调整灯光的亮度和颜色，提升行车安全性。
在市政照明领域，半导体照明技术也发挥了重要作用。
传统的路灯大多使用高压钠灯作为光源，虽然具有较高的亮度，但能效低，污染环境。
而LED路灯则具有高效节能、长寿命、可调光等特点，成为城市照明更新换代的首选。
根据国内外一些城市的统计数据，应用LED 照明技术后，能源消耗可以降低50%以上。
这不仅减缓了城市的用电压力，同时也对环境产生了积极的影响。
然而，半导体照明技术也存在一些挑战和限制。
首先是成本问题。
半导体照明技术
半导体照明技术半导体照明技术一、基础知识篇•1．光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？•2．何谓电致发光？半导体发光为何属冷光？•3．照明光源的发展经历了哪几个阶段？•4．LED的工作原理与基本结构是什么？•5．LED光源有哪些优势？•6．在主要性能方面，目前白光LED与传统光源相比有哪些优缺点？•7．什么是色温？什么是显色指数？•8．通用照明对白光LED的光电性能有哪些基本要求？•9．什么是人眼对光的视觉敏感曲线？•10．人眼对光的视觉敏感曲线对我们了解LED照明有什么作用？•11．LED的发展经历了哪几个阶段？•12．何谓LED的伏安特性？LED的电功率是如何计算的？•13．LED的基本特性是什么？•14．何谓LED的电―光转换？如何表述光电转换效率？•15．LED单色光（红、黄、蓝、绿等）的光谱与白光的光谱有什么区别？•16．在通用照明领域，LED取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍？•17．LED取代传统光源还有哪些需要攻克的课题，当前国际上LED发展的趋势如何？•18．何谓绿色照明光源？它有哪些特点？•19．为什么说21世纪照明产业将迎来自爱迪生发明白炽灯以来的又一次产业革命？•20．哪些产业是LED产业链的构成部分？•21．LED上游产业是指哪些产业？•22．LED中游产业是指哪些产业？•23．LED下游产业是指哪些产业？•24．LED产业的发展，可以带动哪些相关产业的产品升级换代和技术创新？•25．用半导体光源取代传统光源对我国这样一个照明光源生产与出口大国的重要意义何在？•26．当前我国LED产品与国际先进水平相比，主要差距在哪里？•27．我国发展半导体照明产业的优势何在？政府主管部门出台了哪些推进这一产业发展的重要举措？•二、外延芯片篇•28．LED的发光有源层――PN结是如何制成的？哪些是常用来制造LED的半导体材料？•29．什么是LED的内量子效率？不同的发光波长，假定内量子效率达100％，其电―光效率有何不同？•30．LED PN结有源层发出的光子能否100％逸出到空气中？•31．有哪些生长LED有源层的外延方法？它们各自有什么特点？•32．哪些材料可以用做生长外延层的衬底材料？它们各自有哪些优缺点？•33．当前，生产超高亮LED的外延方法主要有几种？什么是MOCVD？•34．当前，用做半导体照明光源的高效LED的外延层结构有何创新和发展？它们的结构如何？•35．当前的GaAs、GaP、GaAlAs、GaInAlP以及InGaN等均是无机半导体材料，除此之外，还有哪些无机材料可以制造发光二极管？目前研发的进展如何？•36．简述有机半导体发光二极管发展历程，0LED等能否进入照明领域？•37．国内LED外延产业的状况与发展趋势如何？•38．LED芯片的制造流程是怎样的？•39．LED芯片制造工序中，哪些工序对其光电性能有较重要的影响？•40．芯片制造过程中通过哪些工艺技术措施可以提高芯片发光强度与出光效率？•41．LED芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13～22mil，40mil等不同的尺寸？尺寸大小对LED光电特性有哪些影响？•42．LED大功率芯片一般指多大面积的芯片？为什么？大功率芯片的版图设计有哪些特殊考虑？•43．制造GaN外延材料的芯片工艺和加工设备与GaP、GaAs、InGaAlP相比有哪些不同的要求？为什么？•44．什么是“激光剥离技术”？它在LED芯片制造中起什么作用？它主要用在哪类芯片制造中？•45．“透明电极”芯片的结构与它的特点是什么？•46．什么是“倒装芯片（Flip-Chip）”？它的结构如何？它有哪些优点？•47．用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？三、封装篇•48．提高LED芯片光子逸出率的途径有哪些？为什么说通过封装设计和封装材料改进可以提高LED光子逸出效率？•49．简述提高LED芯片电―光转换效率的重要意义。
半导体照明知识入门
高节能性 绿色照明大功率半导体(LED)灯与传统灯相比节约电能在50%以上; 长寿命性 绿色照明大功率半导体(LED)灯配置的LED光源可靠工作寿命在50000小时以上; 高显色性 绿色照明大功率半导体(LED)灯显色指数在70以上,同时白光LED的波峰在蓝光区域,人眼比较敏感,有效提高在地铁运营的安全性与舒适性;
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主 题
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半导体（LED）照明介绍
演讲人姓名
半导体（LED）照明简介
第一部分
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1.半导体（LED）照明简介
全球半导体照明工程
02
人类光源发展历史
01
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1.1 人类光源发展历史
火 蜡烛 煤油灯 1.1.1 人类进入文明时代
*
1.1 人类光源发展历史
1.1.2 人类进入电光源时代
第一代电光源: 白炽灯 第二代电光源: 荧光灯 第三代电光源: 高强度气体放电灯 第四代电光源: 半导体(LED)光源
*
1.1 人类光源发展历史
1.1.2.1 白炽灯 Thomas Edison 1879年10月21日，一位美国发明家通过长期的反复试验，终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯。从此，这位发明家的名字，就象他发明的电灯一样，走入了千家万户。他，就是被后人赞誉为“发明大王”的爱迪生。
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1.1 人类光源发展历史
1.1.2.1 白炽灯
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1.1 人类光源发展历史
无极荧光灯 无极荧光灯是利用高频电磁场激发发电腔内低气压汞蒸汽和惰性气体放电产生紫外线，紫外线再激发放电腔内壁上的荧光粉而发出可见光无极荧光灯是采用电磁感应技术在灯管内产生电磁回路，它的创新点为：通过以高频感应磁场的方式将能量耦合到灯泡内，这些能量使灯泡内的气体雪崩电离形成等离子体，而这些受激发的等离子体原子当其返回原始状态时，会将原来所获得的能量以253.7nm的紫外线形式辐射出来，完成一个能量转换过程，灯泡内壁的荧光粉受紫外线激发而发出可见光。
半导体照明原理与技术
半导体照明原理与技术
照明是人类重要的需求之一，不仅需要照明，更需要安全、舒适、健康的照明。
目前，世界各国都在努力研制高质量的照明产品。
随着半导体材料、器件及制造技术的进步，半导体照明将会有更大的发展。
什么是半导体照明？
半导体照明就是以半导体材料为基础制成的一种新型光源，它利用半导体能带结构的特点来进行发光。
传统照明主要依靠白炽灯、荧光灯、高压钠灯等光源，它们都属于固体发光。
但这些光源均有一个共同的缺点——发光效率低、寿命短。
半导体材料制成的光源就能解决这些问题。
与传统照明相比，半导体照明具有以下优点：
1.能耗低：与白炽灯、荧光灯相比，由于没有灯丝，所以不会造成灯丝的污染，不需要加热和冷却设备，因而能耗低。
2.寿命长：与白炽灯、荧光灯相比，由于没有灯丝，所以不会造成灯丝的污染和老化，其寿命是白炽灯的5-10倍，荧光灯的1000小时以上。
3.高效节能：与高压钠灯相比，由于没有灯丝和玻璃壳，所以可以大大提高发光效率。
—— 1 —1 —。
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➢目标: 2007 年取代白炽灯，2012 年取代荧 光灯
美国国家半导体照明计划
• 从2000年起国家投资5亿美元
• 到2010年 55%的白炽灯和荧光灯被半导体 灯取代
• 每年节电达350亿美元
• 2015年形成每年500亿美元的半导体照明产 业市场
日本21世纪照明计划
部分领域已经应用
目前已经应用在：
• 室内特殊照明／手电筒／闪光灯／装饰灯 • 液晶显示器(LCD)、便携式电子产品(PDA，移动
电话)背光源 • 汽车内部、车灯及驾驶面板照明 • 高楼建筑物及广场探照灯 • 剧场舞台灯／投影灯源
中国专家的呼吁
• 我国有近百名专家（两院院士）联名向国 务院呼吁，以三峡工程的5%费用，支持我 国的半导体照明产业，用5-10年的时间的 努力，1/3照明应用半导体照明，每年可以 节约的电量1000亿度，多于一个三峡水电 站的发电量（800亿度）
• 国家启动国家半导体照明工程
六、半导体照明发展现状
LED的发展历史
• 80年代，重大技术突破，开发出AlGaAs材 料的LED，发光效率达到 10 lm/w
• 1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED 成熟，发光效率达到 40—50 lm/w
• 1990年基于SiC材料的蓝光LED出现，发光 效率为0.04 lm/w
• 90年代中期出现以蓝宝石为衬底的GaN蓝 光LED，到目前仍然为该技术
方法二
蓝光LED芯片激发黄色 荧光粉，由LED蓝光和 荧光粉发出的黄绿光合 成白光，为改善显色性 能还可以在其中加入少 量红色荧光粉或同时加 入适量绿色、红色荧光 粉，该方法的优点是效 率高、显色性较好，但 也存在着一致性差、色 温随角度变化的缺点
方法三
紫外光LED激发荧光粉获得白光，优点是 显色性好、制备简单，缺点在于有紫外光 泄露问题，效率较低。
花 旗 银 行 大 厦
GaN半导体光电器件应用
• 蓝光激光器（BLD）
蓝光DVD，双面双密度容量为20G，取代现有红 光DVD，是以后数字电视存储的必由之路
激光打印和显示，生物医疗仪器和设备 ，光谱测 量系统
可用于军事领域，450～550nm的蓝-绿光波段对 海水是透光的，所以BLD可通过空间卫星、机载 平台直接用来对海底潜艇通信，大大提高潜艇的 隐蔽性和保密性。这是军事部门长久渴望实现的 技术手段。
半导体照明
--照明领域的又一次革命
一、人类照明的历史
火—人类的文明
灯—延续历史几千年
灯—延续历史几千年
二、电光源的历史
1879年爱迪生发明白炽灯
荧光灯将电光源带入新天地
三、半导体发光二极管
半导体发光二极管
各种半导体对应的发光波长
什么是发光二极管（LED）？
• 发光二极管是由数层很薄的 搀杂半导体材料制成，一层 带过量的电子，另一层因缺 乏电子而形成带正电的“空 穴”，当有电流通过时，电 子和空穴相互结合并释放出 能量，从而辐射出光芒。
中国汉级核潜艇
索尼全球首台蓝光DVD刻录机BDZ-S7
五、半导体照明的来临
优异的性能
• 白光LED
固体冷光源，效率高，绿色环保 寿命长，可以达到10万小时（连续10年） 低电压工作 是照明领域的又一次革命
LED实现白光的三种方法及存在 问题和解决办法
方法一
通过红绿蓝三 基色多芯组和发光 合成白光，该方法 的优点是效率高、 色温可控、显色性 较好，缺点是三基 色光衰不同导致色 温不稳定、控制电 路较复杂、成本较 高。
照明的革命
四、第三代半导体材料
半导体材料的分代
1. 以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导 体材料
2. 以砷化镓GaAs为代表的化合物半导体材 料为第二代半导体材料
3. 以氮化镓GaN为代表的宽带隙化合物半导 体材料为第三代半导体材料
GaN半导体材料特点
• 宽带隙化合物半导体材料，有很高的禁带 宽度（2.3—6.2eV)，可以覆盖红、黄、绿、 蓝、紫和紫外光谱范围 ，是到目前为止其 它任何半导体材料都无法达到的
• 高频特性，可以达到300G Hz• 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于 航天、军事和其它高温环境）
• 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）
• 高压特性（耐冲击，可靠性高）
• 大功率（对通讯设备是非常渴望的）
GaN外延片生产
• 通过MOCVD进行GaN单晶膜外延生长 用蓝宝石为衬底材料 用高纯氨气提供氮源 用金属有机源提供镓、铟、铝源 通过金属有机源化学气相沉积的方法 进行生长
LED的发展历史
• 1965年世界上的第一只商用化LED诞生， 用锗制成，单价45美元，为红光LED，发 光效率0.1 lm/w
• 1968年利用半导体搀杂工艺使GaAsP材料 的LED的发光效率达到1 lm/w, 并且能够发 出红光、橙光和黄光
• 1971年出现GaP材料的绿光LED，发光效 率也达到1 lm/w
• 投入资金50亿日元 • 到2007年 30%的白炽灯被置换为半导体照
明灯
欧盟的彩虹计划
• 应用半导体照明实现： • 高效 • 节能 • 不使用有害环境的材料 • 模拟自然光
韩国“固态照明计划”
• 2004年-2008年韩国政府计划投入1亿美元， 企业提供30%的配套资金，近期开始实施， 预计2008年LED的发光效率达到80lm/W
方大集团于2001年9月在国内第一个 生产出GaN基LED外延片
方大集团6X2MOCVD设备
GaN基蓝绿光LED芯片
GaN基大功率蓝光LED芯片
GaN半导体光电器件应用
• 蓝、绿光LED
全彩色大屏幕 交通信号灯 背光源、仪器仪表指示灯 景观光源
室外大LED全彩色屏幕
LED交通信号灯
城 市 建 筑 装 饰 灯 光 工 程
半 红光
近紫外光激发
导 绿光
白光
体 蓝光
一种白色LED的结构示意图
白光LED的构成方式
Commercial White LED
(a)
White LED with Additional NCs
(b)
]
白光LED照明整体效益分析
➢照明占电力需求18%； ➢未来15年, LED 照明将减少50%电力需求，