发光管

半导体材料制成的发光组件

发光管是‌‌一种采用‌半导体材料制成的发光组件‌，通常用于‌照明、‌平板显示、‌医疗器件等领域。发光管可以通过电子与空穴复合释放能量发光，具有高效地将电能转化为光能的特点。‌

发展与基本信息

led　light emitting diode。发光二极管。led为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用iii- v族化学元素（如：磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。led最大的特点在于：无须暖灯时间(idling time)、反应速度很快(约在10^-9秒)、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可*度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，如汽车、通讯产业、计算机、交通号志、显示器等。

led又可以分成上、中、下游。从上游到下游，产品在外观上差距相当大。上游是由磊芯片形成，这种磊芯片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形，厚度相当薄，就像是一个平面金属一样。led发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占led制造成本70%左右，对led产业极为重要。上游磊晶制程顺序为：单芯片(iii-v族基板)、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。

中游厂商就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样，通常用特殊胶带固定之后，再送到下游厂商作封装处理。中游晶粒制程顺序为：磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。而，下游封装顺序为：晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。

红外线二极管

红外线light emitting diode。

主要以gaas系列材料发展为主，通常以lpe液相磊晶法的方法制作，发光波长从850~940不等。

gap　磷化镓。

磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。gap是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为led主要使用材料之一。

gan　氮化镓。

氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。gan使movpe制作技术，可制作高亮度纯蓝光led及纯绿光led，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。movpe虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作gan蓝光led其中仍须相当的专业知识、经验和技巧。

alingap　磷化铝铟镓。

alingap此材料是近年来用在高亮度led之制造上较新的材料，使用movpe磊晶法制程。2017年世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国hp、日本toshiba、台湾国联光电。

algaas　砷化铝镓。

为gaas和alas的混晶。algaas适合于制造高亮度红光及红外线led，主要以lpe磊晶法量产，但因需制作algaas基板，技术难度高。

反向粘着型薄芯片led　reverse mounting type 薄芯片led。

此种芯片可粘着在穿式印刷电路板上，减少led所占的厚度。主要可用作可携式电话按键之背光源。

侧面发光直角

此种led芯片是从最上层面发光，但可将发光面旋转一个面焊接。侧面发光直角led有超小型和高亮度两种，超小型是用于lcd背光源、呼叫器、行动电话；高亮度型是用作汽、机车第三刹车灯和户外显示器。

sideled。

直角表面粘着型led灯泡不需额外的光学件或反射器，焊接后光线的行径路线可与各电路板平行，使工程人员在设计时有较大的弹性，因而可在设计的后段再加上此产品，而不需事先考虑。产品可应用在自动安全断电开关、背光源和光导管等，用作电话和数据处理系统的指示灯。

分类

可见光light emitting diode。

led(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。可见光led产品主要包括传统led、高亮度algainp(磷化铝镓铟)红、黄、橘光 led及ingan(氮化铟镓)蓝、绿光led、以及白光led。其产品以显示用途为主，又以亮度一烛光(1 cd)作为一般led和高亮度led之分界点。一般led广泛应用于各种室内显示用途；高亮度led后者则适合于户外显示，如汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。

不可见光light emitting diode。

led(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。不可见光led，波长850至1550奈米，其短波长红外光可作为红外线无线通讯使用，如红外线led应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等；长波长红外光，则应用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。

gan led

gan led　氮化镓发光二极管。

gan led是属于直接能隙之半导体材料，其能隙为3.4ev，而aln为6.3ev， inn为2.0ev，将这几种材料做成混晶时，可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev，因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。

2017年最成功的gan组件有高亮度蓝光及绿光led，因gan高亮度蓝光、绿光led的开发成功，使得户外全彩led显示器及led交通号志得以实现，各种 led的应用也更加广泛。以高亮度蓝光led激发萤光物质（phospher）可以产生白光，其低耗电及高寿命的特性，未来有可能取代一般照明用的白炽灯泡，gan led的市场潜力十分强势。

有机电激发光

oled　oeld。organic electro-luminescence display。有机电激发光。

透过电流驱动有机薄膜来发光，其发光可为单独的之红色、蓝色、绿色，甚至是全彩。由于oled所使用的有机化合物材料会自行发光，因此不像lcd面板后方须要加上背光源，可以大幅降低耗电、简化制程、使面板厚度变薄。oled的特点为具有自发光、广视角、响应速度快、低耗电量、对比强、亮度高、厚度薄、可全彩化，及动画显示等，被认为是极具潜力的平面显示技术。

室内用

led显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的led加以拼装而成，led的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的led，或是单位模块 cluster，再由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不同的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。

室内用的led 显示看板，因观看的距离近，所以要求的分辨率较高，一般是使用点矩阵式模块，因室内的环境较稳定，所以比较不需要做防水防护装置及散热等措施，施工方面比较容易。

户外用

led显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的led加以拼装而成，led的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的led，或是单位模块cluster，由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。

户外led看板，观看距离较远，分辨率要求相对的较低，但对亮度、可见度及耐候性的要求都比较高，所以在户外的施工上比较需要考虑散热和防水等问题。

大型显示屏

大型led显示屏需要组合不同的元组件与技术，一家厂商很难完全自产自足，因此外围产业的分工十分重要。大型led显示屏需要的元组件包括：driver ic、led cluster、power supply、cable及机械框架等；技术方面的需求包括：防静电设计、电力配电规划、驱动线路设计、驱动软件设计、机械结构设计（散热、视角、支撑、遮阳、防潮等考量）以及亮度、色度的测试技术等。

紫外线二极管

uv led（紫外线发光二极管）照明不仅可净化空气、节约能源，并可望取代现有的萤光灯与白热灯等照明装置，加上过去仅及405nm的波长带最近扩大到200nm，预期应用范围将大幅扩大到杀菌、废水处理、除臭、医疗、皮肤病治疗、辨识伪钞与环境sensor等领域。

光通量 (luminous flux,φ)单位为：流明 (lumen, lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。光强度 (luminous intensity, i )光源在某一方向立体角内之光通量大小。单位：坎德拉 (candela, cd) 照度 (illuminance, e)单位：勒克斯 (lux, lx)照度是光通量与被照面之比值。1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。辉度 (luminance, l)单位：坎德拉每平方米 (cd/㎡)一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

发光二极管

(light emitting diode,简称led)?

是一种藉外加电压激发电子而放射出光(电能→光)的光电半导体组件。发光现象属半导体中的直接发光(没有第三质点的介入)。整个发光现象可分为三个过程(直接发光)：

价电带的电子受外来的能量(顺向偏压)，被激发至导电带，并同时于价电带遗留一个电洞，形成电子-电洞对。受激发的电子于导电带中，与其它质点碰撞(散射)，损失部份能量，而接近导电带边缘。一旦导电带边缘的电子于价电带觅得电洞时，电子即从导电带边缘，经由陷阱中心(释放热能)或发光中心(释放光能)，回到价电带与电洞复合，电子-电洞对消失。

因为led主要是电子经由发光中心与电洞复合而发光，所以是一种微细的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求，成为日常生活中十分普遍的产品。

利用各种化合物半导体材料及组件结构之变化，设计出不同的led。依其发光波长分为可见光、不可见光(红外光、紫外光)。

可见光：有红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，主要以显示用途为主。又以亮度1烛光 (cd) 作为一般亮度和高亮度之分界点。一般亮度led广泛应用于各种室内显示用途；高亮度led则适合于户外显示，如：汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。不可见光：短波长红外光可作为红外线无线通讯使用；长波长红外光则使用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。

使用的材料基本上已大致决定led所释出的波长，其中，适合制作1000mcd以上之高亮度led的材料，由长波长而短波长，分别为algaas（砷化铝镓）、algainp（磷化铝铟镓）及gainn（氮化铟镓）等。

algaas（砷化铝镓）适合于制造高亮度红光及红外线 led，主要以液相磊晶(lpe)法进行量产，使用双异质接面构造(dh)为主，但因为须制作algaas基板，技术的困难度很高，故投资开发的厂商较少。 algainp（磷化铝铟镓）适合于高亮度红、橘、黄及黄绿光led，主要以金属有机气相磊晶(movpe)法进行量产，使用双异质接面(dh)及量子井 (qw)构造，效率更为提高。且由于algainp红光led在高温与高湿环境下，其寿命试验结果优于algaas红光led，未来有成为红光led主流的趋势。

gainn（氮化铟镓）适合于高亮度深绿、蓝、紫及紫外光 led，以高温的金属有机气相磊晶(movpe)法进行量产，也采用双异质接面 (dh)及量子井(qw) 构造，效率比前述的 algaas、algainp 更高。全球各大厂均已积极投入相关材料组件技术之研发，并有所突破。

突破

白光led，乃是日本日亚公司利用蓝光led加上黄色萤光材料构成的，其光电转换效率于 1998年4月已提升至15流明/瓦，比传统灯泡略高，若以常见照明灯具之开发历程来看，白光led极有机会成为未来于照明产业之明星产品。

led设计之初，主要是利用于家用电器品显示器，广告看板或装饰用。但由于其具有固定波长及操作方便等特点，已逐渐利用于植物生产研究上。1987年开始有学者利用led固定波长特性，应用在植物向地性，型态改变及病害发生上的研究。日本千叶大学古在（kozai）教授研究室将其应用在组织瓶苗的生产研究上。预计未来在光研究上将有极大应用价值。当然，2017年led亮度和价格仍未达实用化阶段，不过，由于极具市场潜力，各方面研究正急速的展开，led势必成为提供植物生长的新兴光源。

外延片生长外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和sic两种）上，气态物质in,ga,al,p有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。2017年led外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。

mocvd金属有机物化学气相淀积（metal- organicchemicalvapordeposition，简称 mocvd）， 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于gan（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。

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