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市场：各种显示屏、装饰性照明灯具、汽车用灯、背光源以及一些特殊应用。从目前的市场结构上看，推动白光LED市场发展的主要产品将从手机转移到10英寸以上笔记本电脑的大型液晶屏上。LED应用发展另一个较快的领域就是车用照明。车头灯由于其需要光通量为汽车用途中用量最多，潜在规模相当庞大。但目前还没有商业化的成熟产品。其主要原因包括单个LED元件的亮度还不够强、前照灯使用的白光LED尚有衰减、价格太高。对于由白炽灯和荧光灯占领的普通照明市场，白光LED还有很长的路要走，除了已经逐步解决的发光效率的问题，另一个关键的因素就是价格，目前的LED由于封装与散热的问题，需要配套的电路与散热系统设计，带来成本的难以降低，以致很难进入市场。技术状况：一：改变芯片外形的技术当发射点处于球的中心处时，球形芯片可以获得最佳的出光效率。改变芯片几何形状来提升出光效率的想法早在60年代就用于二极管芯片，但由于成本原因一直无法实用。在实际应用中，往往是制作特殊形状的芯片来提高侧向出光的利用效率，也可以在发光区底部(正面出光)或者外延层材料(背面出光)进行特殊的几何规格设计，并在适当的区域涂覆高防反射层薄膜，来提高芯片的侧向出光利用率。1999年HP公司开发了倒金字塔形AlInGaP芯片并达到商用的目标，TIP结构减少了光在晶体内传输距离、减少了内反射和吸收(有源区吸收和自由截流子吸收等)引起的光损耗、芯片特性大幅度改善，发光效率达100流明/瓦(100mA，610nm)，外量子效率更达到55%(650nm)，而面朝下的倒装结构使P-N结更接近热沉，改善了散热特性，提高了芯片寿命。二：键合技术AlGaInP和AlGaInN基二极管外延片所用的衬底分别为GaAs和蓝宝石，它们的导热性能都较差。为了更有效的散热和降低结温，可通过减薄衬底或去掉原来用于生长外延层的衬底，然后将外延层键合转移倒导电和导热性能良好热导率大的衬底上，如铜、铝、金锡合金、氮化铝等。键合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等来完成。Si的热导率比GaAs和蓝宝石都好，而且易于加工，价格便宜，是功率型芯片的首选材料。2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸为0.9mmx0.9mm，顶部引线键合垫处于中央位置，采用米字形电极使注入电流能够较为均匀的扩展，底部采用AuSn合金将芯片倒装焊接在管壳底盘上，具有较低的热阻，工作电流400mA时，波长405和470nm的输出光功率分别为250mW和150mW。三：倒装芯片技术AlGaInN基二极管外延片一般是生长在绝缘的蓝宝石衬底上，欧姆接触的P电极和N电极只能制备在外延表面的同一侧，正面射出的光部分将被接触电极所吸收和键合引线遮挡。造成光吸收更主要的因素是P型GaN层电导率较低，为满足电流扩展的要求，覆盖于外延层表面大部分的半透明NiAu欧姆接触层的厚度应大于5-10nm，但是要使光吸收最小，则NiAu欧姆接触层的厚度必须非常薄，这样在透光率和扩展电阻率二者之间则要给以适当的折衷，折衷设计的结果必定使其功率转换的提高受到了限制。倒装芯片技术可增大输出功率、降低热阻，使发光的pn结靠近热沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds报道了倒装焊技术在大功率AlInGaN基芯片上的应用，避免了电极焊点和引线对出光效率的影响，改善了电流扩散性和散热性，背反射膜的制备将传向下方的光反射回出光的蓝宝石一方，进一步提升出光效率，外量子效率达21%，功率换效率达20%(200mA，435nm)，最大功率达到400mW(驱动电流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm)，其总体发光效率比正装增加1.6倍。四：全方位反射膜除在键合界面制备金属基反射层外，也可以通过外延技术生长具DBR层的AlInGaP和AlInGaN基芯片，但由于DBR反射率随着入射角的增加迅速减少，以全方位平均仍有较高的光损耗，反射膜效率不高。金属基全方位反射膜可应用于正装芯片也可应用于倒装芯片。金属基全方位反射膜可有效提升出光效率，但必须解决如何制备低阻欧姆接触，高的全方位反射率，和在后续工艺过程中反射膜不会被损害而失去低阻高反射的特性等。五：金属键合剥离技术美国惠普公司结合键合技术最早采用大衬底剥离技术将GaAs衬底与外延层剥离，然后将外延层粘接在透明的GaP衬底上制备AlInGaP基芯片，此项技术可以提高近2倍的发光效率。1996年报道了用激光技术将2英寸HVPEGaN与蓝宝石剥离，用Si(或金属)衬底取代蓝宝石衬底的AIGaInN功率型芯片主要由三个关键工艺步骤完成：①在外延表面淀积键合金属层如Pd100nm，以及在键合底板上如Si底板表面淀积一层1000nm的铟；②将外延片低温键合到底板上；③用KrF脉冲准分子激光器照射蓝宝石底面，使蓝宝石和GaN界面的GaN产生热分解，再通过加热(40度)使蓝宝石脱离GaN。2003年2月，德国OSRAM公司用激光技术将蓝宝石去除，使芯片的出光效率提至75%，是传统芯片的3倍。采用将芯片键合到Cu片上再激光剥离蓝宝石衬底，可使散热能力提高4倍，发光功率也提升4倍。六：表面粗糙化表面粗糙化主要是将那些满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面或反射回原表面时不被全反射而透过界面，并能起防反射的功能。表面粗糙通过散射光的方向减少内反射，但同时又不能损伤材料的电光特性。透射率的增加被认为是表面粗糙化的主要功能，优化的表面粗糙(430nm球状起伏表面)可使出光效率可以达到54%。德国Osram公司于2001年研制出新一代的AlInGaP基芯片，采用最新设计将芯片窗口层表面腐蚀成能够提高出光效率的纹理结构，见图2-10。芯片表面纹理的基本单元为具有斜面的三角形结构，光子的反射路线被封闭在这样的结构之中，使有源层发出的光子能够更有效地被取出。欧姆接触电极的几何图形位于出光结构注入电流的部位，这样可使注入电流更有效的扩展到有源区。外延片的布拉格反射层被设计成具有较宽的反射角度，这样可使芯片背反射的大部分被覆盖。采用这种纹理表面结构的AlInGaP基芯片可以获得大于50%的外量子效率，芯片封装后的功率转换效率超过30流明/瓦，是常规AlInGaP基芯片(GaAs衬底)的2倍，与采用晶片键合技术的AlInGaP基芯片(GaP透明衬底)性能相当但工艺简单成本低。纹理表面结构对光束角特性没有影响，不仅可取代常规的方形芯片，而且还可以很容易按比例放大应用于功率型的大尺寸芯片，而晶片键合透明衬底的AlInGaP基芯片(GaP透明衬底)由于技术复杂只能应用于3英寸的GaAs衬底。在降低生产成本和实现产业化规模生产方面，纹理表面高效取光结构的AlInGaP基芯片(GaP透明衬底)具有广阔的发展前景。AlInGN基芯片也可通过把p-GaN表面粗化，提升出光效率，但直接粗化容易对有源层造成损伤，同时透明电极更难制备。目前通过改变外延片生长条件得到表面粗化是一个较为可行的工艺。1999年Fuji报道将AlInGaN基芯片键合到硅基板上，再用激光剥离法去除衬底，在n型GaN表面通过光致电化学法腐蚀形成有序的锥型形状可以增加发光强度2.3倍。除表面粗糙外，芯片的侧面粗糙也能进一步提升出光效率，表面粗糙的外量子效率22%，侧面粗糙后可达31%。通过在ITO/NiOx上制备有规则纹理结构(3mmx3mm)可以使芯片发光功率从6.1mW提升到7.1mW。P型GaN表面的微观粗糙(金属纳米束沉积辅助以湿法腐蚀)可增加出光效率62%。采用表面粗糙化加背面反射膜结构，外量子效率可达40%。七：微芯片阵列微芯片阵列可以增加发光效率，其原理尚不清楚。有人认为是应力释放导致介电电场的减弱，提升了芯片的内量子效率，也有人认为是微芯片阵列提高了外量子效率。外量子效率的提升得益于微芯片阵列中芯片周边面积的增加，一般微芯片直径约10μm，芯片厚度约1μm，芯片表面积与周边面积之比可达1：1.4，显然芯片周边面积提供了更多的出光表面积。微芯片阵列可以增加出光效率，倒装后从蓝宝石的出光效率可进一步通过在蓝宝石上制备微透镜提高每一颗微芯片的出光效率，采用ICP法在蓝宝石上制备与微芯片相对集成在一个器件上的微凹透镜，与平坦蓝宝石表面相比，微透镜可增加出光强度约30%。八：光子晶体浅二维表面栅格光子晶体可避免对有源区的损伤和在光子晶体制备过程导入太多表面损伤，引发内量子效率的下降，同时又能发挥光子晶体的衍射，改变光的入射角而提升出光效率1.7-2.7倍，制作过程涉及电子束光刻和刻蚀工艺制备晶格常数级大小的栅格几何结构。LED制造相关标准：1．散热片要求：外型与材质：如果成品密封要求不高，可与外界空气环境直接发生对流，建议采用带鳍片的铝材或铜材散热片。2．有效散热表面积：对于1W大功率LED白光（其他颜色基本相同）我司推荐散热片有效散热表面积总和≥50-60平方厘米。对于3W产品推荐散热片有效散热表面积总和≥150平方厘米，更高功率视情况和试验结果增加，尽量保证散热片温度不超过60℃。3．连接方法：大功率LED基板与散热片连接时请保证两接触面平整，接触良好，为加强两接触面的结合程度，建议在LED基板底部或散热片表面涂敷一层导热硅脂（导热硅脂导热系数≥3.0W/m.k），导热硅脂要求涂敷均匀、适量再用螺丝压合固定。二、静电防护：LED属半导体器件，对静电较为敏感，尤其对于白、绿、蓝、紫色LED要做好预防静电产生和消除静电工作。1．静电的产生：①摩擦：在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最常见的方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易摩擦生电。另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电。②感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移，在其表面就会产生电荷。③传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。2.静电对LED的危害：①因瞬间的电场或电流产生的热，使LED局部受伤，表现为漏电流迅速增加，仍能工作，但亮度降低（白光将会变色），寿命受损。②因电场或电流破坏LED的绝缘层，使器件无法工作（完全破坏），表现为死灯。3.静电防护及消除措施：对于整个工序（生产测试、包装等）所有与LED直接接触的员工都要做好防止和消除静电措施，主要有：1车间铺设防静电地板并做好接地。2工作台为防静电工作台，生产机台接地良好。3操作员穿防静电服、带防静电手环、手套或脚环。4应用离子风机，焊接电烙铁做好接地措施。5包装采用防静电材料。三、焊接：焊接时请注意选择恒温烙铁，焊接温度为260℃，烙铁与LED焊盘一次接触的时间不要超过3S（焊接时注意电烙铁一定要接地，操作人员要佩带静电手环或吹离子风机）。四、驱动电路：因大功率LED遵循二极管的伏安特性曲线，如果驱动电压浮动则相应的驱动电流漂移很大，容易损害灯珠，因此建议使用较稳定的恒流驱动电源或IC，而不要采用恒压驱动电源或IC。LED测试相关标准：为了发展照明LED技术，发达国家非常重视LED测试方法及标准的研究。对LED的性能的评价，必须用光学，电学，热学以及辐射安全和可靠性与寿命等方面的参数来进行。LED的光学性能主要涉及光度量，辐射度量和色度量等方面。光度量的最重要的参数是发光强度和总光通量。电学参数主要包括启动门限电压，正向电流，正向电压降，反向电流，反向击穿电压，开关时间和电容等。热特性参数主要有结温，热阻和壳体温度等。国际上LED的测量标准有:CIE127-1997《LED测试方法》;CIE/ISOLED强制测试标准;IEC60747-12-3:普通照明用LED模块的安全要求;工EC60838-2-2:LED模块用连接器特殊要求;工EC61347-2-13:LED模块用交/直流电子控制装置特殊要求;IEC62384:LED模块用交/直流电子控制装置的性能要求。在国内，半导体发光二极管测试方法目前尚无相应的国家标准，因此在不同的生产厂家以及用户之间经常产生很大的争议。近年来，国内先后发布了与LED相