白光LED介紹前言 近近年年來來，全全球球LED LED 產產業業發發展展迅迅速速，繼繼1996 1996 年年日日本本Nichia Nichia 開開發發出出GaNGaN 藍藍光光LED LED ，紅紅藍藍綠綠LED LED 全全彩彩化化夢夢想想得得以以實實現現之之後後，白白光光LEDLED就就成成為為下下一一個個發發展展的的目目標標。因因為為LED LED 本本身身的的自自發發光光、耗耗電電量量低低、高高壽壽命命等等優優點點，因因此此在在世世界界各各國國省省能能源源及及環環保保的的共共識識下下，白白光光LED LED 已已逐逐漸漸成成為為一一種種照照明明的的新新光光源源, ,然然而而，因因LED LED 是是屬屬於於光光電電半半導導體體技技術術領領域域，但但若若當當成成照照明明應應用用時時則則牽牽涉涉到到照照明明技技術術，並並直直接接威威脅脅到到傳傳統統照照明明產產業業，因因此此原原本本從從事事LED LED 生生產產的的世世界界大大廠廠如如HP HP 、Siemens Siemens 等等紛紛紛紛尋尋求求傳傳統統燈燈具具廠廠商商如如PlilipsPlilips 、OsramOsram 等等策策略略聯聯盟盟，以以及及由由日日本本通通產產省省主主導導的的21 21 世世紀紀光光計計畫畫 都都期期望望共共同同來來開開拓拓這這龐龐大大的的照照明明光光源市場源市場報告內容1.1.發光二極體之發光原理發光二極體之發光原理2.2.白光白光LEDLED發光方式發光方式3 3 LEDLED磊晶法之比較磊晶法之比較4.4.LEDLED的透鏡的透鏡5.5.LEDLED生產流程生產流程6.6.業界使用業界使用LEDLED之判定規格之判定規格7.7.LEDLED連接方式連接方式發光二極體之發光原理 發光二極體(LED)是利用半導體中電子與電洞結合時，過剩的能量會以光的形式釋放，而不同的材料會發出不同的波長，也就會看到不同顏色的光。我們可以藉由混晶比例來調整要發出的波長，但不同材料會受本身禁制帶寬度的限制，所以能控制的光波長也有一定的限度。當禁制帶寬度(El)越大，則發出的波長越短，發光顏色會偏向藍光及紫光，而GaN的禁制帶寬度為3.39eV，因此通常用GaN來做藍光的磊晶材料。各材料禁制帶寬度比較各材料禁制帶寬度比較 材料材料 禁制帶寬度禁制帶寬度( (eVeV) ) 發光波長發光波長 發光顏色發光顏色GaAsGaAs1.351.35940940接近紅外線接近紅外線GaP GaP 2.26 2.26 700 700 紅紅 565 565 綠綠 555 555 純綠純綠 GaAs1-xPx/GaAs GaAs1-xPx/GaAs 1.422.26 1.422.26 660 660 紅紅 GaAs1-xPx/ GaAs1-xPx/ GaP GaP 630 630 紅紅 610 610 橙橙 590 590 黃黃 Ga1-xAlxAs Ga1-xAlxAs 1.422.26 1.422.26 660 660 紅紅 GaN GaN 3.39 3.39 400 400 藍、紫藍、紫 白光LED發光方式 方式方式 激發源發激發源發光光 元素與螢光材料元素與螢光材料 發光原理發光原理 單晶型單晶型藍色藍色LED LED InGaNInGaN/YAG/YAG黃色螢光粉黃色螢光粉 以藍色光激發螢光粉以藍色光激發螢光粉( (黃色發光黃色發光) ) 藍色藍色LED LED CdZnSeCdZnSe/ZnSe/ZnSe基板基板以藍色光激發以藍色光激發ZnSeZnSe基板基板( (黃色發光黃色發光) )紫外光紫外光LED LED InGaNInGaN/RGB/RGB三波長螢光三波長螢光粉粉 以紫外光激發以紫外光激發RGBRGB螢光粉螢光粉( (原理同螢原理同螢光燈光燈) ) 多晶型多晶型藍色藍色LED LED 黃綠色黃綠色LEDLED藍綠色藍綠色LEDLED橙色橙色LED LED InGaN InGaN 將互補的將互補的2 2色裝成一組色裝成一組 GaP GaP AlInGaP AlInGaP 藍色藍色LEDLED綠色綠色LEDLED紅色紅色LED LED InGaN InGaN 將將3 3原色裝成一組原色裝成一組 AlInGaP AlInGaP AlGaAs AlGaAs RGB三混色法 使用InGaAlP（紅）、GaN（藍）與 GaN（綠）為材質的三顆LED，分別控制通過LED 電流發出紅、藍及綠光，因這三顆晶粒是放在同一個燈泡（Lamp）中，透鏡可將發出的光加以混合而產生白光氮化鎵(GaN)+磷化鎵(GaP) 使用GaN 與GaP二顆LED 亦分別控制通過LED 之電流，發出藍及黃綠光以產生白光紫外光+RGB螢光粉 以無機紫外光晶片加上RGB 三顏色螢光粉，產生三波長具有連續光譜特性的白光，透過濾光膜可顯現全彩色系，而且其發光功率高、量產容易、光色也比較均勻，不會像前面兩種會有偏色現象，故此法未來最被看好InGaN/YAG黃色螢光粉(日亞化學) 此方法由日本日亞化學公司提出,利用氮化銦鎵(InGaN)藍光二極體配合發黃光之釔鋁石榴石型橫銀光粉(YAG),亦可成為一白光源CdZne+ZnSe(住友電工) 在ZeSe單晶基板上形成CdZnSe薄膜,通電後使薄膜發出藍光,同時部份的藍光照射於基板上而發出黃光,最後藍光及黃光混合後即形成白光LED磊晶法之比較磊晶方法 特色 優點 缺點缺點主要應用主要應用 LPE以熔融態的液體材料直接和基板接觸而沉積晶膜操作簡單磊晶長成速度快具量產能力磊晶薄度控制差磊晶平整度差傳統LED VPE以氣體或電漿材料傳輸至基板促使晶格表面粒子凝結或解離磊晶長成速度快量產能力尚可磊晶薄度及平整度控制不易傳統LED MOCVD將有機金屬以氣體型式擴散至基板促使晶格表面粒子凝結磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳成本較高良率低原料取得不易HB-LEDLDVCSELHBTLED的透鏡(傳統型式) 傳統型式是希望光能集中至較小的範圍,除了增加光強度,同時可以將光線作有效的利用性LED的透鏡(設計複合型式) 設計複合型式是增加透鏡的圓弧度,使增加光的折射率,因而增加光的照射面積及使光線更加均勻LED生產流程上游中游下游業界使用LED之判定規格型式型式SMD CHIPSMD CHIPLAMP CHIPLAMP CHIP底部發光底部發光側邊發光側邊發光主波長主波長( ( d)d)定義為波形座落位置定義為波形座落位置, ,一般為判定非白色一般為判定非白色LEDLED之依據之依據LED之光學判定(一)峰值波長峰值波長( ( d d) )波長量測光強度所得的最高強波長量測光強度所得的最高強度波長度波長, ,峰值越高相對光亮度峰值越高相對光亮度越強越強半頻寬值半頻寬值( () )半頻寬值越小，相對於表現相半頻寬值越小，相對於表現相一顏色光越純一顏色光越純LED之光學判定(二)色度座標色度座標發光角發光角依依CIE1931xyzCIE1931xyz色系系統的色度座標色系系統的色度座標( (x,y)x,y)座落位置來定義座落位置來定義LEDLED之白色光之白色光LEDLED光強度在光強度在50%50%時的光角度時的光角度日亞公司白光分類方式LED之電性判定順向電壓順向電壓( (VfVf) )LEDLED二極體導通時，兩端所需的電壓二極體導通時，兩端所需的電壓逆向電壓逆向電壓( (VrVr) )LEDLED二極體所能接受的逆向電壓二極體所能接受的逆向電壓順向電流順向電流( (If)If)LEDLED二極體導通時的工作電流二極體導通時的工作電流白光LED連接方式 電路方式電路方式 串聯串聯 並聯並聯 優點優點1.1.可使可使LEDLED的電流相同的電流相同, ,使用使用多顆多顆LEDLED亮度一致亮度一致1.1.使用多顆使用多顆LEDLED電壓不需提電壓不需提高高 2 2其中一顆燒毀其中一顆燒毀, ,其他其他LEDLED不不受影響亮受影響亮 缺點缺點1.1.LEDLED數量越多數量越多, ,所需的電壓所需的電壓 越高越高2.2.其中一顆燒毀其中一顆燒毀, ,則全部不亮則全部不亮1.1.LEDLED電流難控制電流難控制, ,導致亮導致亮度不均度不均 Thank you