发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。

　　普通单色发光二极管

　　普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。

　　普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650~700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630~650 nm ，橙色发光二极管的波长一般为610~630 nm左右，黄色发光二极管的波长一般为585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为555~570 nm。

　　常用的国产普通单色发光二极管有BT（厂标型号）系列、FG（部标型号）系列和2EF系列，见表4-26、表4-27和表4-28。

　　常用的进口普通单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。

　　高亮度单色发光、超高亮度单色发光二极管

　　高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普通单色发光二极管不同，所以发光的强度也不同。

　　通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs）等材料，超高亮度单色发光二极管使用磷铟砷化镓（GaAsInP）等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等材料。

　　常用的高亮度红色发光二极管的主要参数见表4-29，常用的超高亮度单色发光二极管的主要参数见表4-30。

　　变色发光二极管

　　变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色（有红、蓝、绿、白四种颜色）发光二极管。

　　变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。

　　常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三色发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号。

　　闪烁发光二极管

　　闪烁发光二极管（BTS）是一种由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。

　　闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压（5V）即可闪烁发光。

　　电压控制型发光二极管

　　普通发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接适当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管（BTV）是将发光二极管和限流电阻集成制作为一体，使用时可直接并接在电源两端。

　　1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

　　2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80[[%]]。

　　3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

　　4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50[[%]]。 　

　　5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

　　6. 对环境污染：无有害金属汞。

　　7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，为绿色。

　　8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

　　LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，发光响应时间极短，光色纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列特性，发展突飞猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品。国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的12％，“十五”期间的产业目标是达到年产300亿只的能力，实现超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大生产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯，突破GaN材料的关键技术，实现蓝、绿、白的LED的中批量生产。据预测，到2005年国际上LED的市场需求量约为2000亿只，销售额达800亿美元。

　　在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，才能投入实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。 LED封装的特殊性 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。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：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；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，红、橙LED光效已达到100Im／W，绿LED为501m／W，单只LED的光通量也达到数十Im。

　　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。

　　发光二极管(LED)诞生至今．已经实现了全彩化和高亮度化，并在蓝光LED和紫光LED的基础上开发了白光LED．它为人类照明史又带来了一次飞跃。与自炽灯和荧光灯相比，LED以其体积小，全固态，长寿命，环保，省电等一系列优点，已广泛用于汽车照明、装饰照明、手机闪光灯、大中尺寸，即NB和LCD．TV等显示屏光源模块中。已经成为2l世纪发展前景的高技术领域之一LED是一种注入电致发光器件．由Ⅲ～Ⅳ 族化合物，如磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)等半导体制成 在~I-DN电场作用下．电子与空穴的辐射复合而发生的电致作用将一部分能量转化为光能． 即量子效应，而无辐射复合产生的晶格振荡将其余的能量转化为热能。目前，高亮度白光LED在实验室中已经达到1001m／W 的水平，501m／w 的大功率白光LED也已进入商业化，单个LED器件也从起初的几毫瓦一跃达到了1．5kW。对大于1W 级的大功率LED而言，目前的电光转换效率约为15％，剩余的85％转化为热能．而芯片尺寸仅为1mm×1mm～2．5mm~2．5mm．意即芯片的功率密度很大 与传统的照明器件不同，白光LED的发光光谱中不包含红外部分．所以其热量不能依靠辐射释放。因此，如何提高散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术难题之一l。

　　2 热效应对大功率LED的影响

　　对于单个LED而言．如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出．则会导致芯片的温度升高．引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时．器件的失效率将呈指数规律攀升．元件温度每上升2℃，可靠性将下降l0％l2。为了保证器件的寿命，一般要求pn结的结温在110℃以下。随着pn结的温升．白光LED器件的发光波长将发生红移据统计资料表明．在100℃的温度下．波长可以红移4～9 nm．从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高l℃．LED的发光强度会相应减少l％左右．当器件从环境温度上升到l20℃时．亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时．热量的耗散问题更严重。因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。

　　3 国内外的研究进展

　　针对高功率LED的封装散热难题．国内外的器件设计者和制造者分别在结构、材料以及工艺等方面对器件的热系统进行了优化设计。例如。在封装结构上，采用大面积芯片倒装结构、金属线路板结构、导热槽结构、微流阵列结构等；在材料的选取方面，选择合适的基板材料和粘贴材料，用硅树脂代替环氧树脂。

　　3．1 封装结构

　　为了解决高功率LED的封装散热难题，国际上开发了多种结构，主要有：

　　(1)硅基倒装芯片(FCLED)结构

　　传统的LED采用正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂．下面采用蓝宝石作为衬底。由于环氧树脂的导热能力很差。蓝宝石又是热的不良导体，热量只能靠芯片下面的引脚散出，因此前后两方面都造成散热困难．影响了器件的性能和可靠性。

　　2001年．LumiLeds公司研制出了A1GaInN功率型倒装芯片结构。图1示出芯片的正装结构和倒装结构对比 LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上。这样．大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底．而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座，由于其有源发热区更接近于散热体．因此可降低内部热沉热阻[21。这种结构的热阻理论计算可达到1．34K／W．实际已作到6~8K／W，出光率也提高了60％左右。但是，热阻与热沉的厚度是成正比的．因此受硅片机械强度与导热性能所限。很难通过减薄硅片来进一步降低内部热沉的热阻，这就制约了其传热性能的进一步提高。

　　(2)金属线路板结构

　　金属线路板结构利用铝等金属具有的热传导性质．将芯片封装到覆有几毫米厚的铜电极的PCB板上，或者将芯片封装在金属夹芯的PCB板上．然后再封装到散热片上，以解决LED因功率增大所带来的散热问题。采用该结构能获得良好的散热特性，并大大提高了LED的输入功率。美国UOE公司的Norlux系列LED．将已封装的产品组装在带有铝夹层的金属芯PCB板上．其中PCB板用作对LED器件进行电极连接布线．铝芯夹层作为热沉散热。图2示出金属线路板结构。其缺陷在于，夹层中的PCB板是热的不良导体．它会阻碍热量的传导。据研究，将OSRAM公司的Golden Dragon系列白光LED芯片LW W5SG倒装在一块3ram~3mm．且水平放置的金属线路板上，在LED器件与金属线路板之间涂敷1898In—Sil一8热接口材料，其系统热阻约为66．12K／Wt”。

　　(3)微泵浦结构

　　2006年Sheng Liu等人通过在散热器上安装一个微泵浦系统，解决了LED的散热问题，并发现其散热性能优于散热管和散热片。在封闭系统中，水在微泵浦的作用下进入了LED的底板小槽吸热，然后又回到小的水容器中，再通过风扇吸热。图3示出这种微泵浦结构。它能将外部热阻降为O．192K／W．并能进行封装[41。这种微泵结构的制冷性较好．但如前两种结构一样，若内部接口的热阻很大，则其热传导就会大打折扣．而且结构也嫌复杂。

　　3．2 封装材料

　　确定封装结构后．可通过选取不同的材料进一步降低系统热阻，提高系统导热性能。目前，国内外常针对基板材料、粘贴材料和封装材料进行择优。

　　(1)基板材料

　　对于大功率的LED而言，为了解决芯片材料与散热材料之间因热膨胀失配造成电极引线断裂的问题．可选用陶瓷、Cu／Mo板和Cu／W板等合金作为散热材料，但这些合金的生产成本过高，不利于大规模、低成本生产。选用导热性能好的铝板、铜板作为散热基板材料是当前的研究重点之一圈。

　　(2)粘贴材料

　　选用合适的芯片衬底粘贴材料．并在批量生产工艺中保证粘贴厚度尽量小．这对保证器件的热导特性是十分重要的。通常选用导热胶、导电型银浆和锡浆这3种材料进行粘贴。导热胶虽有较低的硬化温度(<150~C)，但导热特性较差；导电型银浆粘贴的硬化温度一般低于200~C，既有良好的热导特性．又有较好的粘贴强度，但因银浆在提升亮度的同时会发热，且含铅等有毒金属，因此并不是粘贴材料的选择。与前两者相比，导电型锡浆的热导特性是3种材料中的，导电性能也非常优越。

　　(3)环氧树脂

　　环氧树脂作为LED器件的封装材料。具有优良的电绝缘性能、密着性和介电性能，但环氧树脂具有吸湿性，易老化，耐热性差，高温和短波光照下易变色，而且在固化前有一定的毒性，故对LED器件的寿命造成影响。目前许多LED封装业者改用硅树脂和陶瓷代替环氧树脂作为封装材料，以提高LED的寿命。

　　3．3 小 结

　　总的来说．具有低热阻、良好散热能力以及低机械应力的新式封装结构是封装体的技术关键。不同的结构和材料都需要解决芯片结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到冷却装置这3个环节的散热问题。由这3个环节构成的固态照明光源热传导通道．其中出现任何一个薄弱环节都会使LED光源毁于一旦。结点到周围环境的热传导方式有传导、对流、辐射3种。意即，要想将功率LED的散热性能和可靠性提升到．这三个环节都要采用热导系数高的材料。

　　4 发展趋势

　　目前．很多功率型LED的驱动电流都能达到70mA，lOOmA甚至lA级。随着工作电流的加大，解决散热问题己成为大功率LED实现产业化的先决条件。根据上述LED器件的散热环节．从以下几方面对提高大功率LED的散热性能进行了研究。

　　(1)LED产生热量的多少取决于内量子效应。在氮化镓材料的生长过程中，改进材料结构．优化生长参数，获得高质量的外延片，提高器件内量子效率，从根本上减少热量的产生，加快芯片结到外延层的热传导。

　　(2)选择以铝基为主的金属芯印刷电路板(MC—PCB)、陶瓷、DBC、复合金属基板等导热性能好的材料作衬底，以加快热量从外延层向散热基板散发。通过优化MCPCB板的热设计．或将陶瓷直接绑定在金属基板上形成金属基低温烧结陶瓷(LTCC—M)基板，以获得热导性能好．热膨胀系数小的衬底。

　　(3)为了使衬底上的热量更迅速地扩散到周围环境．通常选用铝、铜等导热性能好的金属材料作为散热器。再加装风扇和回路热管等强制制冷。无论从成本还是外观的角度来看．LED照明都不宜采用外部冷却装置。因此根据能量守恒定律，利用压电陶瓷作为散热器，把热量转化成振动方式直接消耗热能将成为未来研究的重点之一。

　　(4)对于大功率LED器件而言，其总热阻是pn结到外界环境热路上几个热沉的热阻之和，其中包括LED本身的内部热沉热阻、内部热沉到PCB板之间的导热胶的热阻、PCB板与外部热沉之间的导热胶的热阻、外部热沉的热阻等，传热回路中的每一个热沉都会对传热造成一定的阻碍，因此经过长期研究认为。减少内部热沉数量，并采用薄膜工艺将必不可少的接口电极热沉、绝缘层直接制作在金属散热器上．能够大幅度降低总热阻．这种技术有可能成为今后大功率LED散热封装的主流方向。