LED照明基础知识最详解续（二）

LED芯片製作工藝知識.pdf

第五章 LED封装基本知识

1、LED封装的概念

LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。 LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的PN结管芯，当注入PN结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但PN结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。

LED封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性;2.加强散热，以降低芯片结温，提高LED性能;3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布;4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制。

常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。

反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。 顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：

A.保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；

B.管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层

产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。

用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。

一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0．2-0．3nm／℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经PN结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1％左右，封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数LED的驱动电流限制在20mA左右。但是，LED的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。

进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强LED内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。

2、LED封装的分类

采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。

LED产品封装结构的类型，也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当连接(包括串联和并联)与合适的光学结构组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。

根据不同的应用场合、不同的外形尺寸、散热方案和发光效果，LED封装形式多种多样。目前,LED按封装形式分类主要有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、Flip Chip-LED等。

1）Lamp-LED(垂直LED) LED脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。标准LED被大多数客户认为是目前显示

行业中最方便、最经济的解决方案，典型的传统LED安置在能承受0．1W输入功率的包封内，其90％的热量是由负极的引脚架散发至PCB板，再散发到空气中，如何降低工作时PN结的温升是封装与应用必须考虑的。

包封材料多采用高温固化环氧树脂，其旋旋光性能优良，工艺适应性好，产品可靠性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸。LED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形状与结构。

以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显示器。反射罩式具有字型大，用料省，组装灵活的混合封装特点，一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个LED管芯粘结在与反射罩的七个反射腔互相对位的PCB板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引线，在反射罩内滴人环氧树脂，与粘好管芯的PCB板对位粘合，然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种，前者采用散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂透明绝缘胶，提高出光效率，一般用于四位以上的数字显示。单片集成式是在发光材料芯片上制作大量七段数码显示器图形管芯，然后划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜(俗称鱼眼透镜)的外壳。单条七段式将已制作好的大面积LED芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上，经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可采用双列直插式封装，大多是专用产品。LED光柱显示器在106mm长度的线路板上，安置101只管芯(最多可达201只管芯)，属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透明罩壳的13-15条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为复杂。

Lamp-LED早期出现的是直插LED,它的封装采用灌封的形式.灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧树脂,然后插入压焊好的LED支架,放入烘箱中让环氧树脂固化后,将LED从模腔中脱离出即成型.由于制造工艺相对简单、成本低,有着较高的市场占有率.

Lamp-LED一般用于大屏，指示灯等领域 2）SMD-LED(表面贴装LED)

在2002年，表面贴装封装的LED(SMD LED)逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。

早期的SMD LED大多采用带透明塑料体的SOT-23改进型，外形尺寸3．04×1．11mm，卷盘式容器编带包装。在SOT-23基础上，研发出带透镜的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者为单色发光，后者为双色或三色发光。

贴片LED是贴于线路板表面的,适合SMT加工,可回流焊,很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用了更轻的PCB板和反射层材料,改进后去掉了直插LED较重的碳钢材料引脚,使显示反射层需要填充的环氧树脂更少,目的是缩

小尺寸,降低重量.这样,表面贴装LED可轻易地将产品重量减轻一半,最终使应用更加完美.

3）Side-LED(侧发光LED)

目前,LED封装的另一个重点便侧面发光封装.如果想使用LED当LCD(液晶显示器)的背光光源,那么LED的侧面发光需与表面发光相同,才能使LCD背光发光均匀.虽然使用导线架的设计,也可以达到侧面发光的目的,但是散热效果不好.不过,Lumileds公司发明反射镜的设计,将表面发光的LED,利用反射镜原理来发成侧光,成功的将高功率LED应用在大尺寸LCD背光模组上.

Side-LED也属于SMD-LED的一种，一般用作背光源 4）TOP-LED(顶部发光LED)

顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极管.主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯.

TOP-LED属于SMD-LED的一种，一般用作大屏 5）High-Power-LED(高功率LED)

LED芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数W功率的LED封装已出现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年初开始供货，白光LED光输出达1871m，光效44．31m／W绿光衰问题，开发出可承受10W功率的LED，大面积管；匕尺寸为2．5×2．5mm，可在5A电流下工作，光输出达2001m，作为固体照明光源有很大发展空间。

Luxeon系列功率LED是将A1GalnN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装对于取光效率，散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点：热阻低，一般仅为14℃／W，只有常规LED的1／10；可*性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40-120℃范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光功率，外量子效率等性能优异，将LED固体光源发展到一个新水平。 为了获得高功率、高亮度的LED光源,厂商们在LED芯片及封装设计方面向大功率方向发展.目前,能承受数W功率的LED封装已出现.比如Norlux系列功率LED的封装结构为六角形铝板作底座(使其不导电)的多芯片组合，底座直径31．75mm，发光区位于其中心部位，直径约(0.375×25．4)mm，可容纳40只LED管芯，铝板同时作为热衬。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接，根据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其发射光分别为单色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光学设计形状进行包封。这种封装采用常规管芯高密度组合封装，取光效率高，热阻低，较好地保护管芯与键合引线，在大电流下有较高的光输出功率，也是一种有发展前景的LED固体光源。

在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热衬使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的SMD LED体积很小，可灵活地组合起来，构成模块型、导光

板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

可见,功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，对功率型LED芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。

High-Power-LED，大功率LED，用于照明。 6）Flip Chip-LED(覆晶LED)

LED覆晶封装结构是在PCB基本上制有复数个穿孔,该基板的一侧的每个穿孔处都设有两个不同区域且互为开路的导电材质,并且该导电材质是平铺于基板的表面上,有复数个未经封装的LED芯片放置于具有导电材质的一侧的每个穿孔处,单一LED芯片的正极与负极接点是利用锡球分别与基板表面上的导电材质连结,且于复数个LED芯片面向穿孔的一侧的表面皆点着有透明材质的封胶,该封胶是呈一半球体的形状位于各个穿孔处.属于倒装焊结构发光二极管.

按固体发光物理学原理,LED的发光效能近似100%,因此,LED被誉为21世纪新光源,有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源.展望未来,厂商必将把大功率、高亮度LED放在突出发展位置.LED产业链中的衬底、外延、芯片、封装、应用需共同发展,多方互动培植,而封装是产业链中承上启下部分,需要大家极大地关注与重视.

3、LED封装工艺流程

1）LED的封装的任务 是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。

2）LED封装形式 LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。

3）LED封装工艺流程 封装工艺流程图参见右图。 4）封装工艺说明 （1）芯片检验

镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lock hill）；芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求；电极图案是否完整

（2）扩片（扩晶）

由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。

（3）点胶

在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。）

工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。

如果LED芯片是L型电极的,也就是说这种芯片是上、下各有一个电极,那么要求芯片粘合的胶既要能导电,又要能把LED芯片上的热量通过胶传导到支架或热沉上。所以,必须用导热性能好、导电性能也好的固晶胶。现在市场上很多种可供选择的胶。

如果LED芯片是V型电极的,也就是说在上面有两个电极,下面没有电极,因此下面就不允许导电。但是仍然需要导热性能,所以必须使用绝缘导热性能较好的胶。

由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。

（4）备胶

和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。

（5）手工刺片

将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.

（6）自动装架

自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。 自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。

（7）烧结

烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。

银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。绝缘胶一般150℃，1小时。

银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其它用途，防止污染。

（8）压焊

压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。

LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。

压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。

对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。

特别需要注意的是,加在焊线上的压力不要太大,一般是30~40g之间,压力太大容易把电极打裂,而这种裂缝通过一般的显微镜都是看不见的。如果存在电极裂缝,那么在通电加热后,这个裂缝会逐步变大,相应的漏电流也会增大,这样LED在使用时会很快损坏。

（9）涂覆荧光粉

此工艺流程要根据产品要求决定是否需要。

首先要把荧光粉和环氧树脂调配好,调配的浓度和数量都要根据以往的经验。这里要特别强调的是,胶和荧光粉一定要充分搅拌均匀,要让A、B胶充分混合。在点荧光粉(荧光粉和胶混合,即点胶)的过程中,荧光粉不能沉淀,浓度要始终保持一致。

点荧光粉所用的设备、装胶的容器和针头都要保持一定的温度并不断搅拌,防止胶凝固和荧光粉沉淀。点胶的针头最好使用不粘胶的针头,这种针头只需轻轻一吹就会干净。在点胶过程中要保证针头不会发生堵塞,并且出胶要均匀。这样做才能使白光的色温一致性较好。

目前生产白光LED的厂家,大多数是采用人工点荧光粉,点荧光粉的工人要经过长期的培训,在掌握经验后才能很好地完成这项工艺。点荧光粉所用的点胶机一般有两种： 粘胶机：即将荧光粉和胶配好后,均匀地分布在滚筒上,滚筒不断滚动,这样胶就可以均匀分布在滚筒的外壁上。把焊好金丝的蓝光芯片的整个支架(20粒)靠到滚筒上,滚筒上的荧光粉胶就会均匀地粘到20个芯片的支架“碗”内。图3给出了荧光粉粘胶机的示意图。 点胶机：另一种是用自动配好荧光粉的胶从针头滴到焊好LED的支架上,其工作原理就像灌胶机一样。灌胶机一次可灌20粒,点荧光粉胶一般一次为4~5粒。这种点胶机滴出来的

胶量可以进行调节控制。装在点胶机容器内的胶要保持一定的温度,需要经常搅拌,这样不会产生沉淀。以上两种都适用于φ3mm、φ5mm等引脚式封装的LED管子。图4给出了荧光粉点胶机的示意图。

有些制造大功率白光LED的方法,是预先把荧光粉和胶调配好,然后开出一个模子,把荧光粉胶刷在模子上,让它干后成为一片胶饼。再把胶饼盖在焊好的大功率LED芯片上,并用适量的胶把胶饼固定在芯片上。这样做出来的LED其色温会比较一致。

（10）点胶封装

LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验） 如TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。

（11）灌胶封装

Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。

（12）模压封装

将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。

（13）固化与后固化

固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时。模压封装一般在150℃，4分钟。

（14）后固化

后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时。

（15）切筋和划片

由于LED在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。

（16）测试

测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。 （17）包装

将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装 5）Lamp LED的工艺流程图解

6）SMD LED的工艺流程图解

4、LED封装器件的性能

LED器件性能指标主要包括亮度/光通量、光衰、失效率、光效、一致性、光学分布等。

1、亮度或光通量

由于小芯片(15mil以下)已可在国内芯片企业大规模量产(尽管有部分外延片来自进口)，小芯片亮度已与国外最高亮度产品接近，其亮度要求已能满足95%的LED应用需求，而封装器件的亮度90%程度上取决于芯片亮度。中大尺寸芯片(24mil以上)目前绝大部分依赖进口，每瓦流明值取决于所采购芯片的流明值，封装环节对流明值的影响只有10%。 2、光衰

一般研究认为，光衰与芯片关联度不大，与封装材料与工艺关联度最大。影响光衰的封装材料主要有固晶底胶、荧光胶、外封胶等，影响光衰的封装工艺主要有各工序的烘烤温度和时间及材料匹配等。目前，中国LED封装工艺经过多年的发展和积累，已有较好的基础，在光衰的控制上已与国外一些产品匹敌。 3、失效率

失效率与芯片质量、封装辅助材料、生产工艺、设计水平和管理水平相关。LED失效主要表现为死灯、光衰过大、波长或色温漂移过大等。根据LED器件的不同用途要求，其失效率也有不同的要求。例如指示灯用途LED可以为1000PPM(3000小时);照明用途LED为500PPM(3000小时);彩色显示屏用途LED为50PPM(3000小时)。中国封装企业的LED失效率整体水平有待提高。可喜的是，少量中国优秀封装企业的失效率已达到世界水平。 4、光效

LED光效90%取决于芯片的发光效率。中国LED封装企业对封装环节的光效提高技术也有大量研究。如果中国在大尺寸瓦级芯片的研发生产上取得突破及量产，将会极大促进功率型封装器件光效的提高。 5、一致性

LED的一致性包括波长一致性、亮度一致性、色温一致性、衰减一致性等前三项一致性是可以通过投料工艺控制和分光分色机筛选达到的。前三项水平来说，中国LED封装技术与国外一致。角度一致性往往难以分选出来，需通过优化设计、物料机械精度控制、生产制程严格控制来达到。例如，LED全彩显示屏用途的红、绿、蓝三种椭圆形LED的角度一致性控制非常重要，决定性地影响LED全彩显示屏的色彩品质，成为LED器件的一项高端技术。衰减一致性也与物料控制和工艺控制有关，包括不同颜色LED的衰减一致性和同一颜色LED的衰减一致性。一致性的研究是LED封装技术的一个重要课题。中国部分LED封装企业在LED一致性方面的技术已与国际接轨。 6、光学分布

LED是一个发光器件，对于很多LED应用用途来说，LED的光形分布是一个重要指标，决定了应用产品二次光学的设计基础，也直接影响了LED应用产品的视觉效果。例如，LED户外显示屏使用的LED椭圆形透镜设计能够使显示屏在角度变化时亮度变化平稳并有较大视角，符合人的视觉习惯。又如，LED路灯的光学要求，使得LED的一次光学设计和路灯的

二次光学设计必须匹配，达到最佳路面光斑和最佳发光效率。通过计算机光学模拟软件来进行设计开发是常用的手段。中国LED封装企业在积极迎头赶上，与国外技术的差距在缩小。

5、提高LED发光效率的技术

1）透明衬底技术

InGaAlP LED通常是在GaAs衬底上外延生长InGaAlP发光区GaP窗口区制备而成。与InGaAlP相比，GaAs材料具有小得多的禁带宽度，因此，当短波长的光从发光区与窗口表面射入GaAs衬底时，将被悉数吸收，成为器件出光效率不高的主要原因。在衬底与限制层之间生长一个布喇格反射区，能将垂直射向衬底的光反射回发光区或窗口，部分改善了器件的出光特性。一个更为有效的方法是先去除GaAs衬底，代之于全透明的GaP晶体。由于芯片内除去了衬底吸收区，使量子效率从4％提升到了25-30％。为进一步减小电极区的吸收，有人将这种透明衬底型的InGaAlP器件制作成截角倒锥体的外形，使量子效率有了更大的提高。

2）金属膜反射技术

透明衬底制程首先起源于美国的HP、Lumileds等公司，金属膜反射法主要有日本、台湾厂商进行了大量的研究与发展。这种制程不但回避了透明衬底专利，而且，更利于规模生产。其效果可以说与透明衬底法具有异曲同工之妙。该制程通常谓之MB制程，首先去除GaAs衬底，然后在其表面与Si基底表面同时蒸镀Al质金属膜，然后在一定的温度与压力下熔接在一起。如此，从发光层照射到基板的光线被Al质金属膜层反射至芯片表面，从而使器件的发光效率提高2.5倍以上。

3）表面微结构技术

表面微结构制程是提高器件出光效率的又一个有效技术，该技术的基本要点是在芯片表面刻蚀大量尺寸为光波长量级的小结构，每个结构呈截角四面体状，如此不但扩展了出光面积，而且改变了光在芯片表面处的折射方向，从而使透光效率明显提高。测量指出，对于窗口层厚度为20µm的器件，出光效率可增长30％。当窗口层厚度减至10µm时，出光效率将有60％的改进。对于585-625nm波长的LED器件，制作纹理结构后，发光效率可达30lm/w，其值已接近透明衬底器件的水平。

4）倒装芯片技术

通过MOCVD技术在兰宝石衬底上生长GaN基LED结构层，由P/N结发光区发出的光透过上面的P型区射出。由于P型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni-Au组成的金属电极层。P区引线通过该层金属薄膜引出。为获得好的电流扩展，Ni-Au金属电极层就不能太薄。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什么情况下，金属薄膜的存在，总会使透光性能变差。此外，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。

5）芯片键合技术

光电子器件对所需要的材料在性能上有一定的要求，通常都需要有大的带宽差和在材料的折射指数上要有很大的变化。不幸的是，一般没有天然的这种材料。用同质外延生长

技术一般都不能形成所需要的带宽差和折射指数差，而用通常的异质外延技术，如在硅片上外延GaAs和InP等，不仅成本较高，而且结合接口的位错密度也非常高，很难形成高质量的光电子集成器件。由于低温键合技术可以大大减少不同材料之间的热失配问题，减少应力和位错，因此能形成高质量的器件。随着对键合机理的逐渐认识和键合制程技术的逐渐成熟，多种不同材料的芯片之间已经能够实现互相键合，从而可能形成一些特殊用途的材料和器件。如在硅片上形成硅化物层再进行键合就可以形成一种新的结构。由于硅化物的电导率很高，因此可以代替双极型器件中的隐埋层，从而减小RC常数。

6）激光剥离技术（LLO）

激光剥离技术（LLO）是利用激光能量分解GaN/蓝宝石接口处的GaN缓冲层，从而实现LED外延片从蓝宝石衬底分离。技术优点是外延片转移到高热导率的热沉上，能够改善大尺寸芯片中电流扩展。n面为出光面：发光面积增大，电极挡光小，便于制备微结构，并且减少刻蚀、磨片、划片。更重要的是蓝宝石衬底可以重复运用。

第六章 白光LED的基础知识

1、白光LED的概念

随着ZnSe和GaN等宽带隙材料及其发光器件技术的发展，于20世纪90年代中期推出了一种白光LED。由于白光LED具有低驱动电压、快速开关响应时间、无频闪、高发光效率、小体积、低能耗、长寿命、强抗震性等特点，有望取代传统的白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯，实现环保和绿色照明光源，在军民用领域都有巨大的应用潜力和发展前景，因此白光LED被称为爱迪生发明白炽灯之后的又一次灯具技术革命，世界各国正不惜重金支持这种极具社会和经济效益的白光LED的发展。

一般人所指的白光是指白天所看到的太阳光，学理上分析后发现其蕴含自400~700nm范围的连续光谱，以目视的颜色而言，可分解成红橙黄绿蓝青紫等七色。根据LED的发光原理，一般LED只能发出单色光，为了让它发白光，工艺上必须混合两种以上互补色的光而成，1998年白光LED研发成功，经过10年多的发展，常用来形成白光LED的组合方式有三种：

1）蓝光LED与黄色荧光粉之组合 2）红/绿/蓝三色LED之组合 3）UV LED与多色荧光粉之组合

目前，掌握白光LED关键技术的厂家包括日亚化工、Cree、Lumileds、欧思朗等。

2、白光LED发光原理

1）单芯片

（1）InGaN(蓝)/YAG荧光粉

这是一种目前较为成熟的产品，其中 1W的和5W的Lumileds已有批量产品。这些产品采用芯片倒装结构，提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进，可将色均匀性提高10倍。实验证明，电流和温度的增加使LED光谱有些蓝移和红移，但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好，Φ5的白光LED在工作1.2万小时后，光输出下降80%，而这种功率LED在工作1.2万小时后，仅下降10%，估计工作5万小时后下降30%。这种称为Luxeon

的功率LED最高效率达到44.3lm/w，最高光通量为187lm，产业化产品可达120lm，Ra为75-80。

（2）InGaN(蓝)/红荧光粉+绿荧光粉

Lumileds公司采用460nmLED配以SrGa2S4：Eu2+(绿色)和SrS：Eu2+(红色)荧光粉，色温可达到3000K-6000K的较好结果，Ra达到82-87，较前述产品有所提高。

（3）InGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉

Cree、日亚、丰田等公司均在大力研制紫外LED。Cree公司已生产出50mW、385nm—405nm的紫外LED；丰田已生产此类白光LED，其Ra大于等于90，但发光效率还不够理想；日亚于最近制得365nm、1mm2、4.6V、500mA的高功率紫外LED，如制成白色LED，会有较好效果。

ZnSe和OLED白光器件也有进展，但离产业化生产尚远。 2）双芯片

可由蓝 LED+黄LED、蓝LED+黄绿LED以及蓝绿LED+黄LED制成，此种器件成本比较便宜，但由于是两种颜色LED形成的白光，显色性较差，只能在显色性要求不高的场合使用。

3）三芯片 (蓝色+绿色+红色)LED

Philips公司用470nm、540nm和610nm的LED芯片制成Ra大于80的器件，色温可达3500K。如用470nm、525nm和635nm的LED芯片，则缺少黄色调，Ra只能达到20或30。 采用波长补偿和光通量反馈方法可使色移动降到可接受程度。美国 TIR公司采用

Luxeon RGB器件制成用于景观照明的系统产品，用Lumileds制成液晶电视屏幕(22英寸)，产品的性能都不错。

4）四芯片 (蓝色+绿色+红色+黄色)LED

采用 465nm、535nm、590nm和625nm LED芯片可制成Ra大于90的白光LED。 此外， Norlux公司用90个三色芯片(R、G、B)制成10W的白光LED，每个器件光通量达130lm，色温为5500K。

5）单芯片和多芯片的比较

方式 RGB三色混光 BCW蓝光+琥珀色黄光 实务 不易 可行 优劣比较 1.材料来源简单 1.使用三颗LED芯片，成本高 2.三色混光不易使光色相同，一致性差 1.一致性高 多芯片型

2.可用于高电量产品(ex:汽车) 1.专利权在美商Gentex手中 2.由于电压高，有过热问题 1.材料来源简单，一致性高 蓝光+YAG萤光粉 可行 2.可用于低电量产品(ex:手机) 3.低电压，没有过热问题 1.专利权在Nichia手中 单芯片型 UV+RGB萤光粉 不易 1.亮度较亮，一致性佳，没有过热问题 1.芯片、萤光粉的来源都不易，目前量产都有问题 1.制作不易，且属活泼性元素，信赖度待提升 ZnSe

难 3、白光LED技术指标

照明用白光LED不同于传统的LED产品，在技术性能指标上有一些特殊要求：光通量 一个Φ5 LED的光通量仅为1lm左右，而用作照明的白光功率LED希望达到1Klm。当然，光通量为0.1Klm和0.01Klm的功率LED也能达到要求较低的照明需求。由于15W白炽灯效率较低，仅8lm/w，所以一个15W白炽灯的光通量，与25lm/w的白光功率LED5W器件相当。 发光效率 目前产业化产品已从 15lm/w提高到100lm/w，研究水平为125lm/w，最高水平已达130lm/w。

色温 在 2500K-10000K之间，最好是2500K-5000K之间。 显色指数 Ra 最好是100。目前可以过到85

稳定性 波长和光通量均要求保持稳定，但其稳定性程度依照明场合的需求而定。 寿命 5万小时至10万小时。

4、白光LED技术难点

1）InGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉

有理论计算结果显示，LED的外量子效率达到和超过50%才能成为日后通用照明的主流。因此，如何提高LED的外部量子效率成为LED研究的一个主要方向。而材料的位错密度是造成GaN基LED量子效率低的其中一个主要原因，尤其是对于发短波长的LED。高的位错密度主要是由蓝宝石衬底和GaN外延层之间的晶格失配和热膨胀系数失配造成的。除此之外，有源区的质量好坏对LED的量子效率起着至关重要的作用，主要包括阱层和势垒层的厚度，In组分，应力，界面和每层材料生长的质量高低。

对于近紫外LED的研究，目前主要存在的一下几个研究难点： （1）高质量Gan外延层的生长 （2）低欧姆接触电极的制作 （3）电流拥堵效应的解决 （4）电流注入效率的提高 （5）出光效率的提高技术 （6）荧光材料的高效合成 （7）耐热抗UV封装材料的研究 （8）散热问题的解决

5、大功率白光LED的封装技术研究

大功率LED封装结构

1）大功率LED封装关键技术

大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面，如图1所示。这些因素彼此既相互独立，又相互影响。其中，光是LED封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言，LED封装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。否则，等芯片制造完成后，可能由于封装的需要对芯片结构进行调整，从而延长了产品研发周期和工艺成本，有时甚至不可能。

图1 大功率白光LED封装技术

具体而言，大功率LED封装的关键技术包括： (1) 低热阻封装工艺

对于现有的LED光效水平而言，由于输入电能的80%左右转变成为热量，且LED芯片面积小，因此，芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择(基板材料、热界面材料)与工艺、热沉设计等。

LED封装热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝，铜)、陶瓷(如Al2O3，AlN，SiC)和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做衬底，将1mm芯片倒装在CuW衬底上，降低了封装热阻，提高了发光功率和效率;Lamina Ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板，如图2(a)，并开发了相应的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板，然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路，不仅结构简单，而且由于材料热导率高，热界面少，大大提高了散热性能，为大功率LED阵列封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板，由陶瓷基板(AlN或Al2O3)和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好、强度高、绝缘性强，如图2(b)所示。其中氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk，热膨胀系数为4.0×10-6/℃(与硅的热膨胀系数3.2×10-6/℃相当)，从而降低了封装热应力。

图2(a)低温共烧陶瓷金属基板

图2(b)覆铜陶瓷基板截面示意图

研究表明，封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面，就难以获得良好的散热效果。例如，室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙，基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻，增强散热。因此，芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电胶和导热胶，由于热导率较低，一般为0.5-2.5W/mK，致使界面热阻很高。而采用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料，可大大降低界面热阻。

(2)高取光率封装结构与工艺

在LED使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失;以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高LED封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在大功率LED封装中得到广泛应用，但成本较高。研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效和光强分布。

荧光粉的作用在于光色复合，形成白光。其特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性(热和化学)等，其中，发光效率和转换效率是关键。研究表明，随着温度上升，荧光粉量子效率降低,出光减少，辐射波长也会发生变化，从而引起白光LED色温、色度的变化，较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成，散热性能较差，当受到紫光或紫外光的辐射时，易发生温度猝灭和老化，使发光效率降低。此外，高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上，折射率大于或等于1.85，而硅胶折射率一般在1.5左右。由于两者间折射率的不匹配，以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限(30nm)，因而在荧光粉颗粒表面存在光散射，降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高LED出光效率(10%-20%)，并能有效改善光色质量。

传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合，然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，出现偏蓝光或者偏黄光。而Lumileds公司开发的保形涂层(Conformal coating)技术可实现荧光粉的均匀涂覆，保障了光色的均匀性，如图3(b)。但研究表明，当荧光粉直接涂覆在芯片表面时，由于光散射的存在，出光效率较低。有鉴于此，美国Rensselaer 研究所提出了一种光子散射萃取工艺(Scattered Photon Extraction method，SPE)，通过在芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不仅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效

(60%)，如图3(c)。

图3 大功率白光LED封装结构

总体而言，为提高LED的出光效率和可靠性，封装胶层有逐渐被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趋势，通过将荧光粉内掺或外涂于玻璃表面，不仅提高了荧光粉的均匀度，而且提高了封装效率。此外，减少LED出光方向的光学界面数，也是提高出光效率的有效措施。

图4 LED封装技术和结构发展 (3)阵列封装与系统集成技术

经过40多年的发展，LED封装技术和结构先后经历了四个阶段，如图4所示。 ① 引脚式(Lamp)LED封装

引脚式封装就是常用的?3-5mm封装结构。一般用于电流较小(20-30mA)，功率较低(小于0.1W)的LED封装。主要用于仪表显示或指示，大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在于封装热阻较大(一般高于100K/W)，寿命较短。

② 表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装

表面组装技术(SMT)是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。具体而言，就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上，经过波峰焊或再流焊后，使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点，是电子行业最流行的一种封装技术和工艺。

③ 板上芯片直装式(COB)LED封装

COB是Chip On Board(板上芯片直装)的英文缩写，是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上，再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纤维增强的环氧树脂)，也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料(如铝基板或覆铜陶瓷基板等)。而引线键合可采用高温下的热超声键合(金丝球焊)

和常温下的超声波键合(铝劈刀焊接)。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMT相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻(一般为6-12W/m.K)。

④ 系统封装式(SiP)LED封装

SiP(System in Package)是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求，在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiP-LED而言，不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起，构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其它封装结构相比，SiP具有工艺兼容性好(可利用已有的电子封装材料和工艺)，集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分块测试，开发周期短等优点。按照技术类型不同，SiP可分为四种：芯片层叠型，模组型，MCM型和三维(3D)封装型。

目前，高亮度LED器件要代替白炽灯以及高压汞灯，必须提高总的光通量，或者说可以利用的光通量。而光通量的增加可以通过提高集成度、加大电流密度、使用大尺寸芯片等措施来实现。而这些都会增加LED的功率密度，如散热不良，将导致LED芯片的结温升高，从而直接影响LED器件的性能(如发光效率降低、出射光发生红移，寿命降低等)。多芯片阵列封装是目前获得高光通量的一个最可行的方案，但是LED阵列封装的密度受限于价格、可用的空间、电气连接，特别是散热等问题。由于发光芯片的高密度集成，散热基板上的温度很高，必须采用有效的热沉结构和合适的封装工艺。常用的热沉结构分为被动和主动散热。被动散热一般选用具有高肋化系数的翅片，通过翅片和空气间的自然对流将热量耗散到环境中。该方案结构简单，可靠性高，但由于自然对流换热系数较低，只适合于功率密度较低，集成度不高的情况。对于大功率LED封装，则必须采用主动散热，如翅片+风扇、热管、液体强迫对流、微通道致冷、相变致冷等。

在系统集成方面，台湾新强光电公司采用系统封装技术(SiP), 并通过翅片+热管的方式搭配高效能散热模块，研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源，如图5(a)。由于封装热阻较低(4.38℃/W),当环境温度为25℃时，LED结温控制在60℃以下，从而确保了LED的使用寿命和良好的发旋光性能。而华中科技大学则采用COB封装和微喷主动散热技术，封装出了220W和1500W的超大功率LED白光光源，如图5(b)。

(4)封装大生产技术

芯片键合(Wafer bonding)技术是指芯片结构和电路的制作、封装都在芯片(Wafer)上进行，封装完成后再进行切割，形成单个的芯片(Chip);与之相对应的芯片键合(Die bonding)是指芯片结构和电路在芯片上完成后，即进行切割形成芯片(Die)，然后对单个芯片进行封装(类似现在的LED封装工艺)，如图6所示。很明显，芯片键合封装的效率和质量更高。由于封装费用在LED器件制造成本中占了很大比例，因此，改变现有的LED封装形式(从芯片键合到芯片键合)，将大大降低封装制造成本。此外，芯片键合封装还可以提高LED器件生

产的洁净度，防止键合前的划片、分片工艺对器件结构的破坏，提高封装成品率和可靠性，因而是一种降低封装成本的有效手段。

此外，对于大功率LED封装，必须在芯片设计和封装设计过程中，尽可能采用工艺较少的封装形式(Package-less Packaging)，同时简化封装结构，尽可能减少热学和光学界面数，以降低封装热阻，提高出光效率。

(5) 封装可靠性测试与评估

LED器件的失效模式主要包括电失效(如短路或断路)、光失效(如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等)和机械失效(如引线断裂，脱焊等)，而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间(MTTF)来定义，对于照明用途，一般指LED的输出光通量衰减为初始的70%(对显示用途一般定义为初始值的50%)的使用时间。由于LED寿命长，通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与评估。测试内容主要包括高温储存(100℃，1000h)、低温储存(-55℃，1000h)、高温高湿(85℃/85%，1000h)、高低温循环(85℃～-55℃)、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。然而，加速环境试验只是问题的一个方面，对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题。

3）固态照明对大功率LED封装的要求

与传统照明灯具相比，LED灯具不需要使用滤光镜或滤光片来产生有色光，不仅效率高、光色纯，而且可以实现动态或渐变的色彩变化。在改变色温的同时保持具有高的显色指数，满足不同的应用需要。但对其封装也提出了新的要求，具体体现在：

(1)模块化

通过多个LED灯(或模块)的相互连接可实现良好的流明输出叠加，满足高亮度照明的要求。通过模块化技术，可以将多个点光源或LED模块按照随意形状进行组合，满足不同领域的照明要求。

(2)系统效率最大化

为提高LED灯具的出光效率，除了需要合适的LED电源外，还必须采用高效的散热结构和工艺，以及优化内/外光学设计，以提高整个系统效率。

(3)低成本

LED灯具要走向市场，必须在成本上具备竞争优势(主要指初期安装成本)，而封装在整个LED灯具生产成本中占了很大部分，因此，采用新型封装结构和技术，提高光效/成本比，是实现LED灯具商品化的关键。

(4)易于替换和维护

由于LED光源寿命长，维护成本低，因此对LED灯具的封装可靠性提出了较高的要求。要求LED灯具设计易于改进以适应未来效率更高的LED芯片封装要求，并且要求LED芯片的互换性要好，以便于灯具厂商自己选择采用何种芯片。

LED灯具光源可由多个分布式点光源组成，由于芯片尺寸小，从而使封装出的灯具重量轻，结构精巧，并可满足各种形状和不同集成度的需求。唯一的不足在于没有现成的设计标准，但同时给设计提供了充分的想象空间。此外，LED照明控制的首要目标是供电。由于一般市电电源是高压交流电(220V，AC)，而LED需要恒流或限流电源，因此必须使用转换电路或嵌入式控制电路(ASICs)，以实现先进的校准和闭环反馈控制系统。此外，通过数字照明控制技术，对固态光源的使用和控制主要依靠智能控制和管理软件来实现，从而在用户、信息与光源间建立了新的关联，并且可以充分发挥设计者和消费者的想象力。 4）结束语

LED封装是一个涉及到多学科(如光学、热学、机械、电学、力学、材料、半导体等)的研究课题。从某种角度而言，LED封装不仅是一门制造技术(Technology)，而且也是一门基础科学(Science)，良好的封装需要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质的理解和应用。LED封装设计应与芯片设计同时进行，并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑。在封装过程中，虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要，但封装结构(如热学界面、光学界面)对LED光效和可靠性影响也很大，大功率白光LED封装必须采用新材料，新工艺，新思路。对于LED灯具而言，更是需要将光源、散热、供电和灯具等集成考虑。

第七章 LED应用的基础知识

1、信息显示

1) LED显示屏的工作原理

LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。

LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。

（1）LED电子显示屏控制原理

① 系统组成本-系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。 ● 计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。

●显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面，并通过增加功放、音箱输出声音。

● 视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支持NTSC、PAL、S_Video等多种制式。

● 系统软件：提供LED播放专用软件，powerpoint或ES98视频播放软件。系统原理图如下：

② 系统功能-该系统具备如下功能：

●以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器(VGA)窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步，屏幕映像位置可调，可方便随意地选择显示画面的大小。

●显示点阵采用超高亮度 LED发光管(红、绿双基色)，256级灰度，颜色变化组合65536种，色彩丰富逼真，并支持VGA 24位真彩色显示模式。

● 配备图文信息及三维动画播放软件，可播放高质量的图文信息及三维动画。播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形式。

● 使用专用节目编辑播放软件,可通过键盘,鼠标、扫描仪等不同的输入手段编辑、增加、删除和修改文字、图形、图像等信息。编排存于控制主机或服务器硬盘,节目播放顺序与时间,实现一体化交替播放,并可相互叠加。

●可以接收显示录像机、影碟机等视频信号。 （2）LED视频显示系统： ① 系统介绍及特点

a. 模块化设计：电路设计按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少的联系，极大地提高了系统的稳定性、可靠性。调试难度、维护难度大大降低，可靠性高。所有硬件电路全部选用进口元器件，品质高，可靠性好。

b. 先进的分布式扫描技术：显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元之间的信号传递采用信号锁存技术进行同步控制。显示的稳定性大大增加。

c. 精心设计的通信接口技术：通信距离可达1000米。可以抗击±15KV的静电放电冲击。RS-422专用设计接口。极大地提高了系统通信的可靠性。

d. 软件设计新颖：WINDOWS风格界面，设计专用软件经验丰富。软件功能强、操作简便。通用显示屏软件具有良好的用户界面，清晰的菜单窗口，用户可以根据需要，任意编排节目，既能播放录像，也能播放动画文字、插播消息等。

e. 可视性好：产品采用进口LED芯片，构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、视角大、寿命长（100,000小时）稳定性高、响应速度快等特点。

f. 易于安装：采用显示单元板或显示单元箱体，根据用户要求和应用场所要求任意组装成所需要的显示屏尺寸，并且便于维护。

② LED电子显示屏系统简介及分类

近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等多种需要进行公告、宣传的场合。

目前LED显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标志。随着社会经济的不断进步，以及LED显示技术的不断完善，人们对LED显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广。

LED显示产品系列 A、单色、彩色条形显示屏、B、计算机控制数码显示屏、C、单色图文显示屏、D、三色（红、绿、黄）图文显示屏、E、点阵和数码混合显示屏（证券屏）、F、双基色（红、绿）多媒体视频同步显示屏、G、三基色（红、绿、蓝）多媒体视频同步显示屏.

LED显示屏分类方式按显示颜色分为：单红色、单绿色、红绿双基色、 红绿蓝三色；按使用功能分为：图文显示屏、多媒体视频显示屏、行情显示屏、条形显示屏；按使用环境分为：室内显示屏、室外显示屏、半户外显示屏；按发光点直径分为：φ3.0、φ3.7、φ4.8、φ5.0、φ8.0、ph8、ph10、ph16、ph20等。

LED显示屏技术特点： A、效果卓越：采用动态扫描技术，画面稳定，无杂点，图像效果清晰，动画效果生动，多样；视频效果流畅；B、内容丰富：可显示文字、图表、图像、动画、视频信息；C、方式灵活：可由用户任意编排显示模式；D、质量保证：采用进口发光材料、高品质IC芯片、无噪声大功率电源；E、信息量大：显示的信息不受限制；F、维修方便：模块化设计，安装，维护方便；

使用环境：LED显示屏按使用环境分为室内LED显示屏和室外LED显示屏。 显示颜色：LED显示屏按显示颜色分为单基色LED显示屏（含伪彩色LED显示屏），双基色LED显示屏和全彩色（三基色）LED显示屏。按灰度级又可分为16、32、64、128、256级灰度LED显示屏等。

显示性能：LED显示屏按显示性能分为文本LED显示屏、图文LED显示屏，计算机视频LED显示屏，电视视频LED显示屏和行情LED显示屏等。行情LED显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的LED显示屏。 基本发光点非行情类LED显示屏中，室内LED显示屏按采用的LED单点直径可分为Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、Φ8mm、和Φ10mm等显示屏；室外LED显示屏按采用的象素直径可分为Φ16mm、Φ19mm、Φ22mm和Φ26mm等LED显示屏。行情类LED显示屏中按采用的数码管尺寸可分2.0cm(0.8inch)、2.5cm(1.0inch)、3.0cm(1.2inch)、4.6cmm(1.8inch)、5.8cm(2.3inch)、7.6cm(3inch)等LED显示屏。

大屏幕显示屏业绩——上海市八万人体育场、上海大众汽车公司、上海国际信托投资公司、上海房产交易所、宝山钢铁公司等.大屏幕拼接显示屏系统 一般用户在需要同时观看的信源较少时，适合选择单机大屏幕。但在较为复杂的监控中，如大型邮电通信系统、道路交通管理、能源分配输送、工业控制、110报警等领域，需全景浏览，统一指挥，就必须选择大屏幕拼接系统。大屏幕拼接系统不再受单机分辨率和亮度的影响，例如一个2×2四个单机的拼接系统，单机分辨率为1024×768，亮度为500lm，则拼接后的系统分辨率为2048×1536，亮度为2000lm。

拼接系统主要由三部分组成：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中控制系统是核心，目前世界上流行的拼接控制系统主要有三种类型：硬件拼接系统、软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系统。 硬件拼接系统是较早使用的一种拼接方法，可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口：即在四屏组成的底图上，用任意一屏显示一个独立的画面。由于采用硬件拼接，图像处理完全是实时动态显示，安装操作简单；缺点是拼接规模小，只能四屏拼接，扩展很不方便，不适应多屏拼接的需要；所开窗口固定为一个屏幕大小，不可放大、缩小或移动。 软件拼接系统是用软件来分割图像，采用软件方法拼接图像，可十分灵活的对图像进行特技控制，如在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开的窗口任意拖动，在控制台上控制屏幕墙，如同控制自己的显示器一样方便。 软件与硬件相结合的拼接系统,可综合以上两种方法的优点,克服其缺点。这种系统可以实用显示多个RGB模拟信号及XWindow的动态图形，是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制/舆接口，来实现不同窗口的动态显示。它透明度高：图像叠加透明显示，共有256级透明度，令动态图像和背景活灵活现。并联扩展性极好：系统采用并联框结构，最多可控制上千个投影机同时工作。

投影显示墙的比较 CRT LCD DLP 目前国际上流行产品的尺寸（对角线/英寸） 41、44、51 72、84、100、120、150 50、60、67 光源 7英寸投影管灯泡，灯泡 一般使用寿命（小时） 大于10000 1000--6000（UHP） 8000--10000（UHP） 物理接缝（gap between screen） ＜0.8mm ＜0.8mm ＜0.8mm 光学接缝（gap between image） 1mm 1mm 0.8mm 使用的单元数增加会增加对控制系统的要求，因此会增加造价 其它 必须增加蠕动功能，否则会产生

burning效应 无此要求 颜色（相对） 色还原性最好 最差 介于两者之间 亮度 最低（7英寸170ANSI流明） 较高（600ANSI流明以上） 较高（600ANSI流明以上） 会聚 要进行会聚调试 单元分辨率 640*480/800*600 800*600/1024*768/1280x1024

800*600/1024*768/1280x1024 亮度均匀性 >75% >85% >85% 使用场合 视频显示最佳 计算机图文 计算机图文/视频 维护 可能进行会聚和颜色调整，更换投影管 只要更换灯泡时进行颜色和亮度调整 只要更换灯泡时进行颜色和亮度调整 单屏： (镶墙式、箱体式） 组成：单屏大屏幕一般由投影机、背投屏幕、金属结构、光学反射系统及散热系统组成。 功能：主要用于动态视频图像及计算机图像的显示，就如一台超大的显示器或电视机。 优点：造价低，屏幕尺寸较灵活，一般有72″(1463mm×1097mm)，84″(1706mm×1280mm)， 90″(1854mmm×1396mm)， 96″(1950mm×1463mm), 100″(2032mm×1524mm), 120″(2438mm×1828mm), 125″(2508mm×1874mm), 140″(2845mm×2134mm),

150″(3048mm×2286mm),160″(3252mm×2440mm),无拼接缝。 缺点：屏幕尺寸越大，要求背投空间越大 灯泡寿命短(约1000-6000小时) 不能连续24小时工作(若必须7/24连续工作，需选择专业控制室投影机，造价高) 拼接投影墙(大尺寸拼接） 由多台投影机，多个屏幕，矩阵及图像处理器构成，一般用于高分辨率，超大屏幕以及多画面显示。 单元屏幕尺寸一般有72″(1463mm×1097mm)，84″(1706mm×1280mm)， 90″(1854mm×1396mm)， 96″(1950mm×1463mm), 100″(2032mm×1524mm), 120″(2438mm×1828mm), 125″(2508mm×1874mm), 140″(2845mm×2134mm),

150″(3048mm×2286mm),160″(3252mm×2440mm),投影机一般选用LCD或DLP投影机、屏幕可选择进口光学透镜屏或国产散射屏。

优点： 1)显示面积巨大，造价较低。 2)单元屏幕尺寸，控制较灵活，可方便控制显示面积。

缺点：1)单元屏幕尺寸越大，所需背投空间越大。 2)由于多块屏幕拼接在一起就会有亮度，颜色的差异，需要挑选投影机及对投影机镜头与光学透镜屏的光焦匹配，尽可能做到单屏中心亮度与4角亮度均匀，多块屏幕亮度与颜色一致。 3)灯泡寿命短，约1000-6000小时，与所选投影机有关。 4)不能连续24小时工作(若必须7/24连续工作，需选择专业控制室投影机，造价高)。

2）信息显示的应用范围

信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT（阴极射线管

(Cathode Ray Tube)的显示器）、LCD（液晶显示器是 Liquid Crystal Display）、PDP（等离子显示屏，Plasma Display Panel）、LED、EL（电致发光片）、DLP（数字光处理Digital Light Procession）等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：

（1）证券交易、金融信息显示。这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，目前仍有较大的需求。

（2）机场航班动态信息显示。民航机场建设对住处显示的要求非常明确，LED显示屏是航班住处显示系统FIDS（Flight information Display system）的首选产品。

（3）港口、车站旅客引导信息显示。以LED显示民间为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容。

（4）体育场馆信息显示。LED显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及CRT显示屏，在现代化体育场馆成为必备的比赛设施。

（5）道路交通诱导信息显示应用显示屏。智能效通系统（ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域，LED显示民间作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。

（6）调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调高度管理等，也在逐步采用高密度的LED显示屏。

（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。

（8）广告媒体新产品。除单一大型户内、户外LED显示屏做为广告媒体外，集群LED显示屏广告系统、列车LED显示屏广告发布系统等也已得到采用并正在推广。

（9）演出和集会。大型LED显示屏越来越普遍的用于公共和政治目的的视频直播，如在我国建国50周年大庆、世界各地的新千年庆典等重大节日中，大型LED显示屏在播放实况和广告信息发布方面发挥了卓越的作用。

（10）展览会，LED显示大屏幕作为展览组织者提供的重要服务内容之一，向参展商提供有偿服务，国外还有一些较大的LED大屏幕的专业性租赁公司，也有一些规模较大的制造商提供租赁服务。

目前市场份额有100多亿元，潜在市场有几百亿元。

2、交通信号灯

1）基本性能

（1）消耗功率红灯、黄灯、绿灯不大于15W；红、黄、绿箭头灯不大于5W；人行红灯不大于5W；人行绿灯不大于5W

（2）亮度和色度符合国家有关规定 （3）电源电压AC220V，+10%，-15% （4）工作环境温度-30%℃～+70℃ （5）相对湿度不大于95% （6）使用寿命不小于5年 2）产品特点 （1）材料工艺

发光二极管交通信号灯在户外使用必须采用InGaAlP、InGaN材料，具有“量子阱”等工艺保证，才能达到高亮度，光电性能稳定、可靠。

（2）线路设计

采用串并联组合LED方式，稳压、限流、保护电路、使每个二极管在正常范围内工作。即使单只LED故障也不影响其余LED发光。

（3）光学设计

整个LED发光盘面罩采用反射导光光学系统，发光面均匀，视觉效果更佳。

城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河航运用的信号灯等。现有市场份额有几十亿元，潜在市场有上百亿元。

3、汽车用灯

汽车内外灯、转向灯、刹车灯、雾灯、前照灯、车内仪表显示及照明等。目前市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。

LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和相应速度快的特点。随着成本性能比的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。

1）LED汽车灯的优点 ① 尾灯

尾灯的要求是亮度不是太高，但是要能引起一定的注意，做指示和警示用。 优点：

A、红和黄色LED技术都非常的成熟。

B、LED体积小，应用方便，给设计师带来很大的设计遐想空间。 C、汽车供电为低电压供电，供电电路设计简单。 D、省电节能。

E、LED方向性好，在一定的角度内亮度高，警示效果明显。 F、使用寿命长。 缺点：

A、驱动电路相对复杂（需要PCB板），给外形设计带来一定的麻烦。 B、LED尾灯维修率差。

C、光斑设计有一定的难度（但是难度不大） D、密封要求高。 E、价格高了一点点。

综上所述LED尾灯技术较为成熟，已经为大多数车体生产厂家所采用。 ② 车内照明灯

车内照明灯主要用来车内临时照明用途，在显色指数和色温上要求不大，甚至亮度要求都不是很高。

优点：

A、白灯亮度和显色指数、色温等完全适宜在车内短时间使用。 B、电源设计简单。

C、LED体积小，应用方便，给设计师带来很大的设计遐想空间。 D、省电节能。 E、使用寿命长。 缺点：

A、光型设计有一点点难度。

B、不适合长时间照明，如果长时间照明要考虑简单的散热设计。 C、维修性能差。

D、点光源使灯的外观和我们习惯的灯泡有一定的差距，人的接受度受到挑战。 E、价格高了一点点。

综上所述，作为车内照明，LED比传统照明有一定的优势。 ③ 前灯

前灯的方向灯请参照1尾灯；近焦距灯和远焦距灯属于强光源类型，主要起到前方的照明作用。

优点： A、省电节能。 B、电源电路设计简单。 缺点：

A、散热问题复杂。 B、亮度达不到要求。 C、光型设计复杂。

D、近焦距和远焦距灯设计矛盾。 E、密封要求严格。 F、维修性差。 G、价格很高。

综上所述，LED作为前大灯的设计存在很多的技术难题，要有一定的技术实力才能解决。

4、LED背光源

小尺寸背光源：小于10英寸，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机、摄像机和健身器材等；中等尺寸背光源：10英寸～20英寸之间，主要用于手提电脑、计算机显示器和各种监视器；大尺寸背光源：大于20英寸，主要用于彩色电视的LCD显示屏。所有这些背光源目前市场份额有几十亿元，潜在市场有几百亿元。小尺寸背光源市场放缓，中大尺寸将成为新关注点。

LED 作为LCD 的背光源，与传统背光技术相比，除了省电之外优势外，还有很多独特的优点：1）LED 的使用寿命可长达10 万小时，大大延长了液晶电视的使用寿命； 2）LED 背光源有更好的色域，色彩还原好；3）亮度调整范围大；4）LED 背光可以灵活调整发光频率，而且频率大大高于CCFL，因此能完美地呈现运动画面；5）红绿蓝3色独立发光，很容易实时色彩管理； 6）可以调整的背光白平衡，同时保证整体对比度，而且不会牺牲亮度和对比度； 7）具有很好的亮度均匀性，所需的辅助光学组件更简单，屏幕亮度均匀性更为出色； 8）供电模块的设计也颇为简单，使用5～24V 的低压电源，十分安全； 9）LED 光源没有任何射线产生，也没有水银之类的有毒物质，绿色环保。10）抗震性能很出色。 上述数据测试于 2007 年8 月以前，随着LED 发光效率、亮度的提高，背光用LED 数量减少，目前功率已经低于CCFL 背光。最新的数据显示LED 背光笔记本比CCFL 背光笔记本功耗低40%，可延长电池续航时间1-1.5 倍。由于电池的正常充放电次数是500 次，这

样续航时间提高也变相减少了电池充放电次数，相当于延长了电池寿命。

厚度方面目前LED 背光笔记本的厚度也已经取得优势，以13.3 英寸白光LED 笔记本面板为例，厚度可以薄40%，重量可以轻20%。2、受下游笔记本厂商销售策略影响2008 年LED 普及未达预期，LED 在各方面都优于CCFL，但其价格高于后者。RGB LED 背光比CCFL 背光笔记本面板贵50 至80 美元；白光LED 价格比CCFL高出不到25 美元，但白光LED 对CCFL 优势会打折扣。目前市面上已经有多款LED 背光屏笔记本电脑，业内曾经预期2008 年LED 背光板会在NB 中大行其道，不过由于下游整机厂商2008 年仍然把LED 应用作为高端机型使用，其价格与普通笔记本的差额远远高过使用LED 背光源增加的成本。

因此，下游笔记本的销售策略直接影响了LED 在笔记本中的渗透率，2007 年大约是3%，2008年是6%-8%。但这一状况有望在2009 年以后获得改观。原因一方面是LED 背光的不断成熟和下游笔记本电脑厂商已经开始改变销售策略。

笔记本厂商销售策略2009 年明显变化，为促进LED 背光普及，戴尔公司表示，其15 英寸LED 背光液晶屏在最大亮度情况下比传统的CCFL 背光节能 43%。同时宣布，在未来 12 个月内，戴尔新款笔记本将全线换装 LED 背光液晶屏幕。除商务系列外，戴尔预计其全球笔记本总出货量的80%将在 2009 年底前实现标配 LED 背光，2010 年达到 100%。 戴尔的这一举措表明 LED 已经不再作为概念机型或者说时尚机型，而是作为标准配置，其价格策略必然不再采取高端策略。戴尔作为行业内的领导厂商之一，其它公司必然跟进。因此2009 年LED 在笔记本的渗透率有望达到20%以上。2007年全球笔记本出货1.09 亿台，2008年增长15%，2009 年增长10%，则2009 年笔记本出货1.4 亿台，其中将有2800 万台使用LED，对LED 的需求量是70.3 亿粒 。

液晶电视和台式电脑显示器为LED 的大尺寸面板应用助力液晶电视方面，根据iSupply 在2007 年底的统计，2007 年LED 背光源液晶电视的出货量是100 万台，而2007 年液晶电视的出货量是7800万台，渗透率不到2%。随着LED 技术的进步和成本的下降，预计未来渗透率会不断提高。Displaybank 最近预测2010 年液晶电视的LED渗透率将达到6.4%，2011 年和2012 年出货量有望达到2500 万和5000 万台。我们认为Displaybank 对2010 年渗透率的估计过于保守，我们认为渗透率在9%。

台式电脑显示器方面虽然 LED 替代的要求不像笔记本电脑那样迫切，但是LED 所带来的更完美的画质体验对消费者将是很大的诱惑，随着LED 成本的不断降低，其渗透率必然逐步提高。

LED背光模组也是未来LED应用的一个巨大市场，随着LED背光模组价格的持续下滑，其价格将逐渐降至可接受范围内，并最终对CCFL产生明显的替代。

表5：不同光源12寸NB背光模组成本比较

表6：各种背光模组之TFT面板报价

图5 LED背光模组未来需求巨大

5、半导体照明

根据现有产品的应用范围，可分为六类：

1）室外景观照明：护栏灯、投射灯、LED灯带、LED异型灯、数码灯管、地埋灯、草坪灯、水底灯等，目前市场份额有几十亿元，潜在市场有上百亿元。

景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和2010年上海世博会的影响，北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。 此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接奥运会和世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其它城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑，加快使用LE在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。

2）室内装饰照明：壁灯、吊灯、嵌入式灯、射灯、墙角灯、平面发光板、格栅灯、日光灯、筒灯、变幻灯等，目前市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。

室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场。通过电流的控制，LED可以实现几百种甚至上千种颜色的变化。在现阶段讲究个性化的时代中，LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED已经开始做成小型装饰灯，装饰幕墙应用在酒店、居室中。经过多年的替换工作，全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。

3）专用照明：便携式照明(手电筒、头灯)、低照度灯(廊灯、门牌灯、庭用灯)、阅读灯、显微镜灯、投影灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等，现有市场份额有几十亿元，潜在市场有几百亿元。

4）安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指示灯等，现有市场份额几亿元，潜在市

场有几十亿元。

5）特种照明：军用照明灯、医用无热辐射照明灯、治疗灯、杀菌灯、农作物及花卉专用照明灯、生物专用灯、与太阳能光伏电池结合的专用LED灯等，目前市场份额不大，但具有很大意义和重要性，潜在市场有上百亿元。

6）普通照明：办公室、商店、酒店、家庭用的普通照明灯等，虽然LED照明目前尚未正式进入该领域，但随着LED技术的不断进步和成本的不断下降，预计近几年内将会逐步进入普通照明领域，其潜在市场是最大的，具有上千亿元发展潜力。

由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品位与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。赛迪顾问预计LED照明将率先进入商用市场，逐步向民用市场扩展。

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