2.4　LED简介

LED是发光二极管（Light-emitting Diode）的英文缩写，是一种可发光的固体半导体器件，能够直接将电能转换为光，原理上相比其他照明技术更为先进。与光伏电池一样，LED也是由PN结构成的，其晶片的两端附着在支架上，整个晶片被环氧树脂封装起来，具有直插、贴片等形态。LED发射出光的颜色不同，本质上是光波长的不同，由形成PN结的材料的能带宽度决定。

与普通二极管一样，LED本身也是PN结，如图2-11所示。当电流正向流过作用于PN结时，电子就会被推向P区。在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式放出能量，是自发辐射发光。自发辐射，是电子跃迁中的一种。PN结施加反向电压时，少数载流子难以注入，故不发光。

LED的优点主要包括：①体积小，如常见的贴片型的小型LED指示灯尺寸大概只有1mm；②能耗低，能量转换效率高（定义为流明每瓦特），亮度高，且随着技术发展其能量转换效率可以更高；③寿命长，高达十万小时的寿命，且不因高闪烁频率而降低寿命；④环保，由于其对能源的利用率比其他照明设备高，因而可以节省电力资源，同时可靠性更高，可以减少照明设备的转换频率。

LED亟待解决的缺点包括：①效率受高温影响较大，需要良好的散热措施，或者减少热量的产生；②成本和售价仍然高于传统的照明技术和产品；③更好的显色性等。

除照明领域外，LED目前在显示屏背光、大屏幕彩色显示系统、交通信号灯、汽车头尾灯、电子产品指示灯等领域都有非常广泛的应用。

LED封装不仅要保护管芯和完成电气互连，还需要考虑其输出可见光的功能，如图2-12所示。经过40多年的发展，LED封装先后经历了支架式（Lamp LED）、贴片式（SMD LED）、功率型（Power LED）等发展阶段。大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面。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。

传统的指示灯型LED封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝实现器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达150～250℃/W。照明用功率型芯片若采用传统式的LED封装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升而使环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。对于大工作电流的功率型LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED器件的关键。可采用低阻率、高导热性能的材料粘结芯片，在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热；也可以设计二次散热装置，来降低器件的热阻，在器件的内部，填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因温度骤变而导致器件开路，也不会出现变黄现象；材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。大功率LED的封装如图2-13所示。