LED的原理和应用

LED基本原理

　　发光二极管（LED）是由三五族化合物半导体为材料制成的光电元件，其核心是PN结。正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，进入对方的区域的部分少数载流子与多数载流子复合而发光。形成PN结的材料性质（禁带宽度）决定了发出光的波长，对于可见光来说，即决定了光的颜色。

　　LED的主要特点有：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度低热量、环保耐用等特点。在适当的电流和电压下工作，LED的使用寿命可长达10万小时。

　　LED的分类和应用

　　根据所发出的光的类型，LED可分为可见光LED和不可见光LED两种。

　　可见光LED包括红、橙、黄、绿、蓝、紫光LED。其中红光LED材料以GaP（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）为主；蓝/白光LED材料以GaN为主。

　　LED的应用非常广泛，主要包括：

　　1、LED显示屏：室内外广告牌、体育计分牌、信息显示屏等；

　　2、信号指示灯：全国各大、中城市的市内交通信号灯、高速公路、铁路和机场信号灯，电子设备功能指示；

　　3、光色照明：室外景观照明和室内装饰照明；

　　4、专用普通照明：便携式照明(手电筒、头灯)、低照度照明(廊灯、门牌灯、庭用灯)、阅读照明(飞机、火车、汽车的阅读灯)、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯；

　　5、安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯；

　　6、背光源：液晶显示器、液晶电视背光源。

　　7、汽车用灯：包括车内照明和车外照明，车内包括仪表板、电装产品指示灯（开关、音响等）、开关背光源、阅读灯以及外部刹车灯、尾灯、侧灯及头灯等。

　　8、其它应用：消费用，如儿童闪光鞋、圣诞树LED灯等。

　　LED产业链

　　LED产业链从上游到下游行业的进入门槛逐步降低。上游为单晶片及其外延，中游为LED芯片加工，下游为封装测试以及应用。其中，上游和中游技术含量较高，资本投入密度大，为国际竞争最激烈、经营风险最大领域。在LED产业链中，LED外延片与芯片约占行业70%利润，LED封装约占10~20%，而LED应用大概也占10~20%。

　　单晶片为制造LED的基底，也称作衬底，多采用蓝宝石、碳化硅、GaAs、GaP为材料。外延片为在单晶上生长多层不同厚度的单晶薄膜，如AlGaAs、AlGaInP、GaInN等，用以实现不同颜色或波长的LED。常见的外延方法有液相外延法（LPE）、气相外延法（VPE）以及金属有机化学汽相沉积（MOCVD）等，其中VPE和LPE技术都已相当成熟，可用来生长一般亮度LED。而生长高亮度LED必须采用MOCVD方法。目前全球MOVCD的主要制造厂家为德国的AIXTRON公司和美国VEECO公司，前者约占60%~70%的国际市场份额，后者占据30%~40%。日本厂家生产的设备基本限于日本国内销售。

　　中游主要是芯片设计和加工。中游厂商根据LED的性能需求进行器件结构和工艺设计，通过外延片扩散、然后金属镀膜，再进行光刻、热处理、形成金属电极，接着将基板磨薄抛光后进行切割。

　　下游包括LED芯片的封装测试和应用。LED封装是指将外引线连接到LED芯片的电极上，形成LED器件，封装起着保护LED芯片和提高光取出效率的作用。LED封装技术是从半导体分立器件的封装技术基础上发展而来。目前LED产品的封装类型主要有Lamp型、插入式（ThroughHole）、表面安装型（SMD）、直接粘接式（DirectBonding）等。其中SMD型LED体积比其它传统型LED小，因此SMD型主要用于手机屏幕背光源及手机按键，受手机需求影响较大。



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