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半导体照明（LED）
百 题 问 答
上海市光电子行业协会
二OO五年二月
1、光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？ .................................... 3 2、谓电致发光？半导体发光为何属冷光？ ........................................ 5 4、简单介绍一下LED的发展历史好吗？ .......................................... 5 5、请问照明光源的基本种类与主要性能有哪些？ .................................. 6 6、如何描述LED的基本特性？ .................................................. 6 7、传统光源相比，LED光源有哪些优点？ ........................................ 8 9、何谓绿色照明光源？它有哪些特点？ .......................................... 8 10、为什么说21世纪将迎来照明产业自爱迪生发明白炽灯以来又一次产业革命？ ...... 9 12、哪些产业是LED产业链的构成部分？ ........................................ 10 18、当前我国LED产品与国际先进相比，主要差距在哪里？ ........................ 10 19．LED的发光源是——PN结，是如何制成的？哪些是常用来制造LED的半导体材料？ 11 22、当前生产超高亮LED的外延方法主要有几种？什么是MOCVD？ ................... 11 27、请可否能深入浅出地介绍一下LED芯片的制造流程。 .......................... 12 29、通过哪些芯片制造过程中的工艺技术措施，可以提高芯片发光强度与出光效率？ .. 13 30、LED的芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13至22mil，40mil等不同的尺寸？尺寸大小对LED光电特性有哪能些影响？ .............................................. 15 34、请介绍一下“透明电极”芯片的结构与它的特点？ ............................ 16 35、什么是“倒装装芯片”（Flip Chip）?它的结构如何？它有哪些优点？ ........... 16 36、用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？ .............................. 17 37、LED芯片封装成发光二极管一般可以分成哪几种形式？他们在结构上各有什么不同？ ........................................................................... 17 38、LED芯片封装成器件一般的制造程是什么？ .................................. 18 39、为什么要将芯片进行封装？封装后的器件比裸芯在性能上有什么不同？ .......... 18 41、何谓“一次光学设计”？LED封装中有哪几种出光透镜？他们有何特点？ ......... 19 42、大功率LED的封装形式目前常见的有哪几种？他们各自有哪些异同？ ............ 19 46、能否简单介绍一下芯片粘结工艺中的“合金粘结”工艺？ ...................... 20 48、白光LED是通过哪些方法来实现的？ ........................................ 21 49．当前制造白光LED的主流方法是什么？ ...................................... 22 50．白光LED当前具有代表性的产品的水平如何？ ................................ 22 51．什么是色温？什么是显色指数？ ............................................ 22 52．照明领域对白光LED的光电性能有哪些基本要求？ ............................ 23 54．LED光源取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍和基本技术关键？ ........... 23 55．白光LED的光谱与单色光（红、黄、蓝、紫等）的光谱有些什么区别？ .......... 25 56．为什么用太阳能电池与白光LED组合的照明系统被称为“真正的绿色照明”系统？ 25 59．什么是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？ ................................................................... 26 60、LED PN结有源层发出的光子能否100%逸出到空气中？ ......................... 27 62、能否简述一下提高LED芯片电一光转换效率的意义何在？ ...................... 28 63、衡量LED器件光电转换优劣的参数主要有哪些？ .............................. 29 64、单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同？ ........ 30 65、什么是人眼对光的视觉函数？ .............................................. 31 66、人眼对光的视觉函数这一特点对我们了解LED有什么作用？ .................... 31 67、为什么一个蓝光LED在涂上特殊的荧光粉构成白光LED后，其辐射光通量会比蓝光的高出几倍基至十几倍？ ......................................................... 32 68、LED在照明应用中，往往要知道这个LED的照度是多少，请问照度的定义是什么？知道了这个LED的辐射光通量，能否求出它的照度？ .................................. 33 70、请问LED光通量φ与发光强度即光强是否能相互转换？ ........................ 34
71、LED的发光强度Iv与照度E之间如何进行换算？ ............................. 34 72、为什么说用积分球来测量LED的光通量时，可以认为：在积分球内表面任一点位置上得到的由另一部分反射出的照度，不受点的位置的影响？ ............................ 35 73、为什么LED PN结上温度升高会引起它的光电参数退化？ ....................... 36 75、衡量LED长期使用性能退化的主要指标是什么？ .............................. 36 76、什么是LED的结温，它是如何产生的？ ...................................... 37 77、简述结温对LED光输出的影响 .............................................. 38 79．当结温上升时，LED的发光波长与颜色如何变化？ ............................ 39 80．简述什么是热阻？它的定义和单位是什么？ .................................. 40 81．LED PN结上最高结温的含义是什么？ ....................................... 40 82．试述LED器件的热阻模型，它由哪些部分构成？各有什么特点？ ................ 41 83．为什么说提高光效可降低结温，试述提高光效的主要途径 ...................... 42 84．试述热阻在功率LED光源应用中的作用 ...................................... 43 85、如何减小LED的热阻值 .................................................... 44 86．请简单介绍一下目前常用的热阻测试方法： .................................. 45 87．何谓功率型LED，请介绍一下它的发展概况： ................................ 46 90．LED工作时，较好的驱动方法是什么方法？ .................................. 47 91.有哪些常用的恒流驱动LED的方法？请作简单介绍。 ........................... 48 93．如何实现LED的调光、调色？请举一简单例子说明。 .......................... 50 94、LED的“寿命”是什么样一种概念？什么是“浴盆”曲线？ ..................... 52 95、LED失效的判据是什么？失效率又如何？ .................................... 54 98、是否可以通过试验来剔除早期失效的LED？ .................................. 54 99、什么是静电破坏？哪些类型的LED容易受静电破坏导致失效？ .................. 55 101、从哪些方面着手改进和注意可以提高LED在应用中的可靠性，降低失效率？ ..... 56 102、LED要进入照明领域还存在哪些问题，还要做哪些工作？ ...................... 57
1、光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？
光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，其中无需任何物质作媒介。
通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。关于光的本质，早在十七世纪中叶就被牛顿与麦克斯韦分别以“微粒说”、“波动说”进行了详细探讨，并成为当前所公论的光具有“波粒二重性”的理论基础。约100多年前，人们又进一步证实了光是一种电磁波，更严格地说，在极为宽、阔的电磁波谱大家族中。可见光的光波只占有很小的空间，如表1-1所示。其波长范围处在380nm-770nm
表1-1：电磁波谱波长区域 电磁波谱种类 长波振荡 无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 X射线 r射线 宇宙射线 波长范围 nm 380—770 10—390 10-3—50 10-5—10-1 ＜10-5 μm 0.77—103 cm 10-1—102 M ＞105 1—105 *lm=102cm=106μm=109nm 之间，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色，它的长波方向是波长范围在微米量级至几十千米的红外线、微波及无线电波区域；它的短波端是紫外线、x射线、r射线，其中r射线的波长已小到可与原子直径相比拟。
物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。所谓热光又称之谓热辐射，是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射红外光、高温时变成白光。众所周知，当钨丝在真空式惰性气氛中加热至很高的温度，即会发出灼眼的白光。其实，太阳光就是一种最为常见的白光，三棱镜可将太阳光分解成上述的七种颜色，实验已证明，只要采用其中的蓝、绿、红三种颜色，即可合成自然界中所有色彩，包括白色的光，我们通常将蓝、绿、红三种颜色称之为三原色。 冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。按物质的种类与激发的方式不同，冷光可分为各种生物发光、化学发光、光致发光、阴极射线发光、场致发光、电致发光等多种类别。萤火虫、荧光粉、日光灯、EL发光、LED发光等均是一些典型的冷光光源。