LED就是當今IT界最熱門的話題。只要加了LED兩個字，產品就會身價倍增。看廠商的宣傳，媒體的極力炒作，幾乎讓LED達到了登峰造極的境界。然而，就沒有人對LED這個神圣名詞產生過疑問嗎?我們對此作了個小專訪，希望能對大家有所幫助。

　　現實中的LED究竟有多火?

　　可以形容為，火的一塌糊涂。

　　2008年北京奧運會，2010年上海世博會，讓世人認識到LED工程照明的無限商機。

　　2009年中國照明銷售額超過2000億元，面對半導體市場的良好前景和巨大誘惑，一場搶占半導體照明新興產業制高點的爭奪戰在全球悄然打響。

　　LED和我們的關系有多近?

　　LED就在我們身邊的各個角落。在民用領域，LED主要應用于以下幾大方面：

　　A、 顯示屏、交通訊號顯示光源的應用。

　　應用的是LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應速度快、省電和壽命長等優點。

　　B、汽車工業上的應用。汽車用燈包含汽車內部的儀表板、音響指示燈、開關的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側燈以及頭燈等。

　　利用LED長壽命、響應速度快的優點。

　　C、LED背光源以高效側發光的背光源。主要應用在LED背光源電視，LED光源投影機。

　　利用LED的廣色域、薄型、低功耗的優點。

　　D、LED照明。

　　利用LED光源節能省電的特點。

　　E、裝飾、指示。主要應用在玩具、裝飾燈、服飾等。

　　利用LED體積小、無污染、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性的優點。

　　F、家用室內照明。

　　利用LED省電、無污染、長壽命的優勢。

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　　LED是否有缺點?

　　LED有缺點，簡單說，就是售價太高。

　　LED的優勢，已經被各大媒體大肆炒作。甚至連國家的宣傳都是，LED只有優點，沒有缺點。然而，現今LED普及率依然不高，究其原因，還是售價問題。

　　LED售價為何會居高不下?

　　低亮度的LED產品，售價較低。

　　由于技術和制作工藝所限，高亮度的LED售價很難降低成本。

　　LED的缺點又可細分為發光效率低、封裝成本高、高性能材料售價高，最終導致LED的制造成本高，市場售價自然也高。

　　不是都說LED節能嗎?為啥說LED發光效率低?

　　節能，即指光效能高，熱量低。然而，所謂節能的LED,主要表現在，低亮度的LED產品上，高亮度的LED并不節能。現今應用LED產品主要采用多個，點陣等方式，而且應用的都是低亮度的LED產品。

　　由于LED本身的發光效率比較低，大約有70%的輸入功率要轉化為熱能。這是lW功率LED光效隨輸入電流的變化趨勢圖，我們得知LED隨著電流的升高，光效能逐漸下降，其中白光下降最明顯。伴隨光效能的下降，隨之就會產生大量的熱能。

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　　說LED發光效率低，主要指高亮度LED,在現實中，高亮度的LED,才更具有使用價值。例如，LED光源投影機，需要單體高亮度LED產品。現階段，高亮度的、成熟的LED投影機產品較少，而且售價都不菲，采用的是特殊的高端材質，用高成本實現了高亮度，在民用市場失去了實用價值。

　　難道LED也不便宜?

　　低端的、低亮度的LED固然便宜，但是高亮度的、高光能效的LED售價都不菲，現階段幾乎就沒有性價比而言。要想了解LED,就要從其結構說起。

　　半導體發光器件包括半導體發光二極管(簡稱LED)、數碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏(簡稱矩陣管)等。事實上，數碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發光單元都是一個發光二極管。

　　LED,英文全稱Light Emitting Diode,發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的核心是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。

　　我們常見的LED,有草帽形，橢圓形，平頭形，貼片式等。發光二極管的文字符號為“VD”,圖形符號是在普通二極管符號旁增加兩個向外的小箭頭，三角表示正極，短杠表示負極。發光二極管也是多種多樣：

　　1、從光色上分有發紅、綠，黃等多種顏色可見光的以及發紅外光的;

　　2、從形狀上分有圓柱形、方形以及各種特殊形狀的;

　　3、從體積上分有大、中、小等多種規格。

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　　發光二極管的工作原理是用半導體材料制作的正向偏置的PN結二極管。其發光機理是當在PN結兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子在擴散過程中復合發光，這種發射過程主要對應光的自發發射過程。按光輸出的位置不同，發光二極管可分為面發射型和邊發射型。我們最常用的LED是 InGaAsP/InP雙異質結邊發光二極管。

　　發光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。

　　假設發光是在P區中發生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光，或者先被發光中心捕獲后，再與空穴復合發光。除了這種發光復合外，還有些電子被非發光中心(這個中心介于導帶、介帶中間附近)捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在*近PN結面數μm以內產生。

　　理論和實踐證明，光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即

　　λ≈1240/Eg(mm)

　　式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光)，半導體材料的Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。

　　又是材料問題，LED實現高亮度真就這么困難嗎?

　　LED,實現高亮度確實有一定技術難度。

　　LED有極限參數：

　　(1)允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發熱、損壞。

　　(2)最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。

　　(3)最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極管可能被擊穿損壞。

　　(4)工作環境topm:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發光二極管將不能正常工作，效率大大降低。

　　不改變材質的前提下，在LED的極限范圍內，提高亮度的手段就是提高電流，隨著電流升高，LED發熱量會劇增。使用過LED光源便攜投影機的，或微投的朋友，一定都深有體會，LED光源的投影機，非常熱，而且普遍會有明顯的噪音。這些產品，機身小是一方面，關鍵還是其自身發熱量較大所致。

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　　如果這些熱不能很好地散發出去，LED的結溫就會升高，于是LED的壽命就會隨之降低。所以延長LED壽命的根本辦法就是改進其散熱。改進散熱要從LED本身做起。

　　這款3014,就是靠增加底板金屬面積二改善了散熱，使其熱阻降低到只有51°C/W只要散熱器做得足夠好，可以保證接腳溫度在60°C以下，那么其壽命可以達到5萬小時以上。

　　經多家大學專業機構的測試，隨著功率的增加，LED的散熱問題顯得越來越突出，大量實際應用表明，LED不能加大輸入功率的基本原因，是由于LED在工作過程中會放出大量的熱，使管芯結溫迅速上升，熱阻變大。輸入功率越高，發熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能變化與衰減，非輻射復合增加，器件的漏電流增加，半導體材料缺陷增長，金屬電極電遷移，封裝用環氧樹脂黃化等等，嚴重影響LED的光電參數。甚至使功率LED失效。因此，對于LED器件，降低熱阻與結溫、對發光二極管的熱特性進行研究顯得日趨重要。

　　注：以上材料，參考了幾位碩士、博士的論文內容。

　　LED實現高亮度，還有那些困難?

　　制造高亮度LED,使用新材質是一個重要的難題。

　　我們可以查看一下，近20年來，LED材料發展史：

　　1991年，日亞公司研制成功同質結GaN基藍光LED,峰值波長430nm,光譜半寬55rim,其光輸出功率為當時市場上SiC LED的10倍，外量子效率約為0.18%.

　　1995年，日亞公司，又研制成功InGaN/AIGaN雙異質結的燭光級超高亮度藍色LED,在20mA的正向電流下，輸出功率為1.5mW,外量子效率為2.7%,波長和半寬分別為450nm和70rim.

　　1997年，Schlotter等人和Nakamura等人先后發明了用藍光管芯加黃光熒光粉封裝成白光LED.

　　2001年，Kafmann等人，用UV LED激發三基色熒光粉得到白光LED.過去的幾年中，白光LED引起了LED產業界和學術界的廣泛重視。

　　2006年，Cree公司，宣布推出一款新的冷白光LED-“XP.G”,發光效率和亮度都創下新的記錄，其在驅動電流為350mA時，光通量達1391m,光效為1321m/W,亮度和光效分別比Cree最亮的XR.E LED提高37%和53%,被稱之為“業界最亮且具有最高效率的照明級LEDt211”.

　　2007年，日亞公司，發布了其新型LED,該實驗型產品在順向電流為350mA的條件下，光通量可達1451m,發光效率約為1341m/W,芯片的大小為lmm2,色溫為4988K(在Ir=20mA的情況下，發光效率更高達169 lm/W)。近兩年，日亞公司生產的GaN基LED,無論是藍光、紫光、紫外還是白光LED均為國際上最高水平，其中460nm的藍光LED的外量子效率可以達到34.9%.

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　　2007年，美國的Cree公司，在SiC襯底上生長雙異質結，制作的器件同樣很出色，SiC襯底可以把Gabl基LED的金屬電極制造在襯底的底部，電流能夠通過低阻導電襯底的垂直流動，也為發展其它光電子器件奠定了基礎。此公司在SiC上生長GaN基LED無論是小尺寸芯片藍光LED和紫光LED還是大尺寸藍光LED和紫光LED均屬國際頂級水平。

　　看過之后我們會發現，近幾年，還是美國Gree公司和日本日亞公司在繼續深入研究，并取得了一定成果。但，LED的材料和工藝，并沒有技術性的突破。雖然有很多機構在研究，只有少數公司成功了，LED的技術難度可想而知。

　　LED結構不是很簡單嗎?為啥還說，封裝技術成本高呢?

　　理論上簡單的東西，往往技術上最難突破。現有LED封裝存在缺陷，也是一個影響售價的關鍵因素，在某些應用領域，甚至決定了產品成本。

　　由于LED本身不具有抗濕氣、防氧化、防短路、保護芯片等保護作用，因此需經過不同型式的組裝打線、膠體封裝等制程。

　　目前主要的發光二極管，依其后段封裝結構與工藝的不同，分為下列幾類：

　　第一種，LED燈【LED LEMP】

　　將發光二極管芯片先行固定于具接腳之支架上，再打線膠體封裝，將LED燈的接腳插設焊固于預設電路的電路基板上，完成最終的LED燈的光源制作。

　　第二種，表面粘貼式的LED【SMD LED】

　　將芯片先行固定到細小基板上，再進行打線的動作，接著進行膠體封裝，最后再將該封裝后的LED焊在印刷電路板上，并最終完成制作。

　　第三種，覆晶式LED.

　　完成芯片制作后，將芯片覆設于覆晶轉接板上，并利用金球、銀球、錫球等焊接方式，以高周波方式焊接，然后做成LAMP或SMD進行膠體封裝，最后再將成品焊在印刷電路板上，然后進行最后制作。

　　第四種，另一種覆晶式LED.

　　利用金球、銀球、錫球等焊接制作，以高周波方式將芯片焊設于覆晶轉接板后封成LAMP或SMD、高功率LED,再進一步焊設于印刷電路板上，進行最后制作成光源結構。

　　第五種，CHIP ON BORD.

　　將芯片固設于印刷電路板上，再進行打線的動作，接著進行膠體封裝，直至最后完成。

　　以上五種方式，其共同缺點是工序多，封裝繁瑣，設備昴貴，封裝后的LED散熱效果不佳;而且其成品，LED照度會因封裝材料受熱產生變質及其它種種原因阻擋而減低。

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　　其中與高周波機有關的工序和技術，主要在國外，或在臺灣省進行。高周波機用到的高周波與超聲波是不同的兩個概念，高周波是指頻率大于100Khz的電磁波，超聲波是指頻率超過20千赫茲的聲波。高周波的焊接原理、熔接原理與超聲波也是不一樣的，高周波是利用高頻電磁場使物料內部分子間互相激烈碰撞產生高溫達到焊接和熔接的目的，而超聲波是利用摩擦生熱的原理產生大量的熱量達到焊接和熔接的目的。

　　LED目前的封裝制程材料、膠(環氧樹脂或硅膠)、支架、芯片、金(鋁)線而有以下缺失及待克服問題：

　　1、 成本高。

　　2、 散熱不佳。

　　3、 因散熱不良而導改LED壽命減低。

　　4、 封膠不僅造成熱的蓄積及膠的黃化造成光衰。

　　5、 因接線與支架封膠之良率及應力造成穩定度及可靠度的降低。

　　6、 LED在加工過程，只能在280℃，5秒以內完成。

　　7、 不耐冷熱沖擊。

　　LED亮度要再突破，必須在磊晶芯片的內部及外部，進一步提升量子效率，并減少封裝后亮度的衰減，屬于磊晶及晶粒工藝有待加強改善。

　　難道LED的售價問題，就很難改善嗎?

　　綜上所述，我們可以總結為，現在所流傳的LED的諸多優點，真實存在，但是僅限于低亮度的LED產品。低亮度的LED要靠數量取勝，而高亮LED才是未來的發展趨勢，現在大力宣傳低亮度LED的優勢有以點蓋面、以偏概全的炒作嫌疑。

　　我們可以這樣認為，LED最大的缺點還是價格太高，高亮LED尚處在有價無市的層面上。

　　按照Haitz定律，LED的價格每十年將降低十倍。若沒有新的替代產品出現，我們還是有希望，看見高亮度LED繁榮的那一天。