半导体照明技术(1~10章)
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。
2 第1章 光 视觉 颜色——半导体照明课件PPT
R
d
dP
c osd
Rθ的数值与辐射面的性质有关，并且随给定方 向而改变。
3、朗伯定律
对于某些面辐射源或理想的漫射面，辐射亮度Rθ不 随给定方向θ变化，就称这些面辐射源是遵守朗伯定律 的辐射源, 这种源又称为余弦辐射体或朗伯光源。
对于这些表面，所有方向亮度都相等，而且元表 面d σ的辐射强度dJ θ与表面法线和给定方向间夹角θ的 余弦成正比，即
I r02
cos
接收器处于光源正前方，θ=0，故：
I r02
如此定标后，将待测光源置于同样距离的位置，可测出 该光源的法向光强。
（2）总光通量F
光源的总光通量是描述光源总的光输出的重要参数。测 量总光通量的常用方法是积分球法。
积分球
积分球是由两个半球体组成的一个空心球体，球体上开有出 射窗口，此处安装视见度校正过的接收器。球的内表面涂有 白色的氧化镁或硫酸钡涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反 射，以使在积分球的内表面各处产生均匀的照度。
的单位是勒克斯(lx)。1 lx表示在1 m2面积上均匀
分布1 lm光通量的照度值，即1 lx＝1 lm/m2。
一般情况下，1 lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为 5-10 lx时，看一般书籍比较困难；短时阅读的照度不应 低于50 lx。
常见照度（勒克斯）：
阳光直射(正午)下: 110000
阴天室外:
如果是全部波长范围内的辐射功率，则为：
P() 0 Pd
P λ是一个相对的分布函数。光谱分布的两个主要 参数是它的峰值波长和带宽。
2、辐射度量及单位 （1）辐射能U
度量辐射能的物理量成为辐射度，单位是：焦耳 （J）。辐射能是一种传播着电磁波的能量。
（2）辐射通量或辐射功率P 单位时间内流过面积元dσ的能量，称为流过的辐射
半导体照明技术(第九讲)
白光LED 于1998年开发成功。这种LED是将GaN芯片 和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光
（λp=465nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受
此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基 片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约
此荧光粉便产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原
理将互补的黄光、蓝光予以混合，得到白光。白光LED开发基 础在于蓝光技术，目前在蓝光LED技术方面仍以日亚化学领先， 拥有众多专利权。 第二种是日本住友电工开发出以ZnSe为材料的白光LED， 不过发光效率较差，但由于目前白光LED市场热销，仍呈现供 不应由求现象。
半
导
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照
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技
术
第十一章
白光发光二极管
对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。 研制
白光发光二极管是半导体照明的主要目标，替代白炽灯、 荧光灯这些白光光源是半导体照明工程的最终目标。
半 第一节
导
体
照
明
技
术
新世纪光源的研制目标
人们对新世纪光源的要求是高效、高显色性和环保。照明用
白光LED的具体技术要求如下：
1、发光效率：要求最终达到200lm/W以上。 2、显色指数：希望达到100，一般要求也在80以上。 3、色温：2500-6000K之间。 4、寿命：5万-10万小时。
5、光通量：希望达到1Klm以上。
6、环保：要求不使用对人体有害、会污染环境的有害物质，如 汞、铅、镉等。
半
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明
技
术
二、白光LED概述
半
导
半导体照明技术(第一章)
大陆地区光电产业快速发展的重要城市 。 厦门生产LED外延片、芯片的企业有四家，即厦门三安光电、
联厦光电、明达光电、乾照光电，芯片总产量约占祖国大陆自产 芯片的25%。封装企业有十几家，下游应用企业有50多家，还有 与之配套的荧光粉、环氧树脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、各 种辅助材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业链。
半导体照明技术
半导体照明技术
参考书目： 1、谢秀颖.郭宏祥，《电气照明技术》第二版， 中国电力 出版社，2007年11月 2、王晓东，《电气照明技术》，机械工业出版社，2004 年1月 3、陈元灯.李元密，《LED制造技术与应用》，电子工业 出版社，2007年7月 4、刘木清.周小丽，《照明自动控制技术》，机械工业出 版社，2007年8月
水立方景观照明
半导体照明技术
鸟巢景观照明
半导体照明技术
篔筜湖畔的LED照明
半导体照明技术
中山路商业街的LED照明
半导体照明技术
位于湖滨北路的中闽大厦
半导体照明技术
5、测试仪器和生产设备
测试仪器主要有：外延材料方面的X射线双晶衍射仪、荧 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、器件测试仪器方 面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。
半导体照明技术
半导体照明概述
一、半导体照明
半导体照明是指用全固态发光 器件（发光二极管，即LED，是由 半导体材料制成的光电器件，可将 电能直接转换为光能）作为光源的 照明，具有高效、节能、环保、寿 命长、易维护等显著特点，是近年 来全球最具发展前景的高新技术领 域之一，是人类照明史上继白炽灯、 荧光灯之后的又一场照明光源的革 命。
2014年厦门光电产业实现总产值1218亿元，占厦门工业总产 值20%左右，占全省光电总产值的一半以上，厦门已成为海西光 电产业最大、最重要的集聚地和辐射地。目前，全市光电企业数 量300多家。其中光电高新技术企业120家，实现产值657.6亿元， 占光电产业总产值的54%，成为推动我市光电产业转型升级的中 坚力量。
半导体照明课件 10 第9章 InGaN 发光二极管
四、提高质量和降低成本的几个重要的技术问题
1. 衬底
用于氮化镓生长的衬底材料性能优劣比较
衬底材料
Al2O3
SiC
晶格失配度 差
中
界面特性
良
良
化学稳定性
优
优
导热性能
差
优
热失配度
差
中
。导电性
差
优
光学性能
优
优
机械性能
差
差
价格
中
高
尺寸
中
中
Si
ZnO
GaN
差
良
优
良
良
优
良
差
优
优
优
优
差
差
优
优
优
优
差
优
优
优
良
中
低
高
电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好
耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）
二、Ⅲ-N化合物半导体的基本性质
AI、Ga、In与N形成的三族氮化合物，其主要价键 是共价键。即每个原子形成四面体键，由于两种原子的 电负性相差较大，共价键带有很强的离子性，因此材料 的各自的相结构稳定。
GaN、InN、AlN可以结晶为三种晶体结构：纤锌矿 (六方相)、闪锌矿(立方相)和岩盐(NaCI结构)结构。
闪锌矿型结构只有生长在与之具有拓扑学亲和性的衬底 上，才可以被稳定下来，如生长在(001)GaAs、(001)3CSiC、(001)MgO和(001)Si等衬底上，则可获得闪锌矿 GaN。
二、Ⅲ-N化合物半导体的基本性质
纤锌矿结构(六方):具有两个轴a、c;c/a=1.633, 属于P63mc空间群
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。
12章-半导体照明
➢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
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篔筜湖畔的LED照明
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中山路商业街的LED照明
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位于湖滨北路的中闽大厦
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5、测试仪器和生产设备
测试仪器主要有：外延材料方面的X射线双晶衍射仪、荧 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、器件测试仪器方 面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。
2、LED上游产业 主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。由于外延工艺的
高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层 等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、负电极和完成 分割检测。
半导体照明技术
3、LED中游产业 是指LED器件封装产业。根据用于现实、照明、通信等不同场 合，封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。 4、LED下游产业 是指应用LED作为显示或照明器件后形成的产业。主要的应用 产业有LED显示屏、LED交通信号灯、LED航标灯、 LED景观灯 饰、液晶背光源、LED车灯、LED特殊照明等。
大陆地区光电产业快速发展的重要城市 。 厦门生产LED外延片、芯片的企业有四家，即厦门三安光电、
联厦光电、明达光电、乾照光电，芯片总产量约占祖国大陆自产 芯片的25%。封装企业有十几家，下游应用企业有50多家，还有 与之配套的荧光粉、环氧树脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、各 种辅助材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业链。
生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metalorganic Chemical Vapor DePosition ，缩写MOCVD) 、
液相外镀炉、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、 硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片 检测仪、倒膜机、光色点全自动分选机等。
半导体照明技术
第一节 光
照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。
一、光的本质
1、 “什么是光，光的本质是什么？”这个问题很早就引 起了许多学者的关注，直到17世纪，基本上形成了两种学说：
一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是某 种振动，在弹性介质中以波的形式向周围传播。
另一种牛顿支持的微粒说，认为光是从光源发出的一种 物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。
半导体照明技术
半导体照明概述
一、半导体照明
半导体照明是指用全固态发光 器件（发光二极管，即LED，是由 半导体材料制成的光电器件，可将 电能直接转换为光能）作为光源的 照明，具有高效、节能、环保、寿 命长、易维护等显著特点，是近年 来全球最具发展前景的高新技术领 域之一，是人类照明史上继白炽灯、 荧光灯之后的又一场照明光源的革 命。
c=λν
图1-1 电磁波谱和可见光谱
2009年厦门市光电产业实现产值404.39亿元，首次突破400亿 元，销售收入398.72亿元。2009年，产值及销售同时超亿的厦门 市光电企业有29家。2009年厦门市节能灯照明出口占有量继续保 持全球市场20%以上，为全球高端节能照明的制造和出口基地。
半导体照明技术
第一章 光 视觉 颜色
本章主要介绍光、视觉、颜色等与来自明技术有关的基础知识。1921年，爱因斯坦因光电效应研究而获得奖诺贝尔物理
学奖。
光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始，至二十世纪初 以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。
半导体照明技术
2、光的波动性，是指光是一种电磁波。 电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线、宇 宙射线等，如图1-1所示。电磁波能量的传播称为辐射，辐射在通过 物质时一般不改变频率，速度则随物质而改变。在真空中，光速是 一常数c=2.9979×108m/s，光的速度、频率与波长之间的关系为：
MOCVD系统
目前国际上MOCVD的价格在每台440万美元左右，按人民币 计算接近3000万元 。生产企业主要有：德国的Aixtron公司、 美国的Emcore公司、英国的Thomas Swan公司等。
半导体照明技术
四、厦门市LED产业简介
厦门为中国七大LED产业基地之一，首批4个半导体照明工程
产业化基地之一（大连、上海、南昌和厦门 ），已经成为中国
半导体照明 (LED)
半导体照明技术
二、LED（Light Emitting Diode ）
LED，是一种固态的半导体器件, 它可以直接把电转化为光。LED的心 脏是一个半导体的晶片，晶片的一端 附在一个支架上，整个晶片被环氧树 脂封装起来。半导体晶片由两部分组 成，一部分是P型半导体，空穴占主 导地位，另一端是N型半导体，主要 是电子。这两种半导体相连就形成一 个“P-N结”。当电流通过导线作用 于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在P区里电子跟空穴复合，然后 就会以光子的形式发出能量，这就是 LED发光的原理。
LED构造图
半导体照明技术
三、LED产业链 LED产业链大致可分为五部分：原材料，LED上游产业，LED 中游产业，LED下游产业，测试仪器和生产设备。
1、原材料
LED的原材料包括衬底材料砷化镓、氮化铝、磷化镓、磷砷 化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等。它们大部分是III—V族化合物半导
体单晶，生产工艺比较成熟。原材料的纯度一般都要在6N以上。
半导体照明技术
半导体照明技术
参考书目： 1、谢秀颖.郭宏祥，《电气照明技术》第二版， 中国电力 出版社，2007年11月 2、王晓东，《电气照明技术》，机械工业出版社，2004 年1月 3、陈元灯.李元密，《LED制造技术与应用》，电子工业 出版社，2007年7月 4、刘木清.周小丽，《照明自动控制技术》，机械工业出 版社，2007年8月
半导体照明技术
历史上许多著名科学家都加入这一论战，包括牛顿、胡克、 惠更斯、托马斯．杨、菲涅耳等。直到1905年3月，爱因斯坦在 德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个 推测性观点》的论文他认为对于时间的平均值，光表现为波动 性；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。这是历史上第一次 揭示光的波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。这一科学理 论最终得到了学术界的广泛接受。