LED是什么意思？

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新型LED显示器件具有功耗低、亮度高、寿命长、体积小等优点。摘要:从LED显示器件的发展简史出发，论述了表面贴装LED、汽车用LED和照明用LED的发展趋势，对我国从事显示器件开发的工程师有一定的参考价值。

1965年世界上第一个商用发光二极管(LED)由锗制成，单价为45美元。此后不久，孟山都和惠普也推出了GaAsP材料制成的商用LED。这些早期的红色led可以提供每瓦约0.1流明的输出光通量，比普通60-100瓦白炽灯低100倍。

1968，LED研发取得突破。通过掺氮工艺，GaAsP器件的效率达到1流明/瓦，可以发出红光、橙光和黄光。高达1971，业界推出同等效率的GaP绿色裸LED。

从1972开始，少量的LED显示屏被用于钟表和计算器。世界上第一块带LED的手表最初在昂贵的珠宝店出售，价格高达2100美元。几乎与此同时，惠普和德州仪器也推出了带有7个红色LED显示屏的计算器。

到了20世纪70年代，由于LED器件在家庭和办公设备中的广泛应用，LED的价格直线下降。事实上，LED是那个时代主要的数字和文字显示技术。然而，在许多商用设备中，LED显示屏逐渐面临来自其他显示技术的激烈竞争，如液晶、等离子和真空阴极荧光灯显示。

这种竞争促使LED厂商进一步拓展产品类型，积极寻求LED具有明显竞争优势的应用。从那时起，发光二极管已被应用于文本点阵显示器，背景图案和条形图阵列的光网格。数字显示屏的尺寸和复杂程度越来越高，从2位数到3位数甚至4位数，从7位数到可以显示复杂文字和图案组合的14或16段数组。到1980，厂商开始提供智能点阵LED显示屏。

20世纪80年代初的一项重大技术突破是AlGaAs LED的开发，它可以发出红光，发光效率为10流明/瓦。这一技术进步使LED能够应用于户外运动信息发布和安装在汽车中央的CHMSL设备。1990年，业界开发出可以提供red器件最佳性能的AlInGaP技术，比当时的标准GaAsP器件高10倍。

今天，最亮的材料应该是透明衬底AlInGaP。1991到2001期间，材料工艺、管芯尺寸和形状的进一步发展，使得商用LED的光通量提高了近20倍。

高强度蓝光LED的不断研发，已经产生了几代亮度越来越高的器件。1990左右推出的基于碳化硅(SiC)裸材料的LED，效率约为0.04流明/瓦，光强很少超过15毫烛光。20世纪90年代中期的技术突破实现了第一个基于GaN的实用LED。目前，许多公司正在使用蓝宝石和SiC等不同的衬底来生产GaN LED，可以发出绿色、蓝色或紫色的光。亮蓝色LED的发明使真彩色广告显示屏的实现成为可能，可以显示真彩色和全动态视频图像。

蓝色LED的出现，使人们能够利用倒置磷光材料，将能量较高的蓝光部分转换成其他颜色。将蓝光与由磷转化而来的黄光整合可得到白光，将适量的蓝光与红橙荧光粉整合可产生略带桃红色或紫色的颜色。目前CIE色度曲线中所有饱和的颜色，仅用LED光源就可以完全覆盖，各种颜色的LED和磷的有机结合，几乎可以无限制的产生任何颜色。

可靠性方面，LED的半衰期(即光输出减少到原来一半的时间)约为1000 ~ 10000小时。相反，小指示灯白炽灯的典型半衰期(这里的半衰期是指半数灯失效的时间)从6.5438亿到几千小时不等，取决于灯的额定工作电流。

表面贴装LED

为了利用自动化组装技术降低制造成本，表面贴装器件(SMT)从20世纪80年代开始在业界逐渐普及，90年代这一技术得到进一步加强。最初，作为一种低功率器件，SMT LED主要用于指示设备和手机键盘的照明。后来，大功率SMT器件被开发用于汽车面板照明和刹车灯，并扩展到专业和通用照明设备。

SMT是蜂窝/PCS电话的主要技术要求，现在看来这个市场还有很大的发展潜力。2001年全球手机制造量约为3.8亿部。预计今年的产量将达到4.3亿台，2005年将达到5.2亿台。一部手机平均使用10个表贴led，这意味着仅手机市场对led的需求就达到了40亿。

手机功能的不断升级，进一步刺激了对更高性能led的需求。具体来说，手机设计师需要多种LED，包括亮度更高的单色LED器件、用作真彩色LCD显示器(尤其是第二代和第三代手机的LCD)背景光源的白色LED，以及产品差异化所需的蓝色和紫色等特殊颜色的LED。同时，随着手机的复杂程度越来越高，体积越来越小，更多的用户要求led的封装更薄更小。

尤其是越来越多的人希望高性能LED能够提供“片式LED”的表贴封装，即1.6×0.8mm的工业标准尺寸。

手机制造商要求对LED的颜色和强度进行分类，以确保背景光源设备能够与用户的需求高度一致。这可以使LED非常适用于背景照明设备，如LCD、按键、前面板、符号和键盘背景照明，因为这些设备上颜色和光强的和谐非常重要。

LED在汽车中的应用

白炽灯是汽车内外使用最广泛的照明设备，但设计师和汽车制造商正逐渐采用led。起初，led可能只用于豪华车，但会逐渐过渡到大多数汽车。LED最大的卖点之一就是它的平均无故障时间(MTBF)长，LED照明设备的使用寿命一般比汽车本身要长。

LED产品种类繁多，其封装和器件适用于仪表盘、空调、收音机、电子开关等汽车内部照明设备。比如那些SMT器件，非常适合汽车仪表盘。多功能3毫米和5毫米射灯仍然是汽车内部照明和外部照明的候选产品。目前，这些装置已广泛应用于中央高位刹车灯(CHMSL)设备中。

对于内部和外部的照明设备，LED汽车灯装置的热设计与白炽灯装置有很大的不同。这是因为白炽灯会产生相当大的热量，而白炽灯泡可以承受这样的高温环境。LED灯阵列产生的热量一般比白炽灯少，但LED灯内部最高温度必须保持在推荐的上限范围内，以维持LED的可靠运行。如果超过LED灯的最大结温，导线粘合剂或凸起的LED管芯可能会由于环氧树脂材料的膨胀而突然失效。这些故障在高湿度热循环或强化热循环环境中会特别突出。

LED灯的最高内部结温受限于环氧封装材料的热膨胀特性。与汽车白炽灯信号灯的设计相比，由于最高结温的限制，LED汽车信号灯的热设计必须认真考虑。

照明用LED

传统LED灯使用的芯片尺寸为0.25×0.25mm，而用于照明的LED一般在1.0× 1.0mm以上..重点介绍结构化管芯成型的设计——桌面结构、倒金字塔结构、倒装芯片设计，可以提高LED的发光效率，使芯片发出更多的光。

封装设计的创新包括使用具有高导电性的金属块作为基板、倒装芯片设计和压铸引线框架。所有这些方法都可以设计出高功率低热阻的器件，这些器件可以比以前的器件有更高的照度。

目前典型的高光通量LED器件可以产生几流明到几十流明的光通量。较新的设计可以在一个设备中集成更多的led，或者在单个组件中安装多个设备，这样流明输出就相当于一个小白炽灯。比如一个大功率的12单色LED器件，可以输出200流明的光能，消耗的功率在10到15瓦之间。

LED已广泛应用于各种照明设备，如电池供电的手电筒、微型声控灯、安全照明、室内外道路和楼梯照明以及建筑物和标志的连续照明。