發光管

led　light emitting diode。發光二極體。led為通電時可發光的電子組件，是半導體材料製成的發光組件，材料使用iii-v族化學元素（如：磷化鎵(gap)、砷化鎵(gaas)等），發光原理是將電能轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的結合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發光的效果，屬於冷性發光，壽命長達十萬小時以上。led最大的特點在於：無須暖燈時間(idling time)、反應速度很快(約在10^-9秒)、體積小、用電省、污染低、適合量產，具高可*度，容易配合應用上的需要製成極小或數組式的組件，適用範圍頗廣，如汽車、通訊產業、計算機、交通號誌、顯示器等。

led又可以分成上、中、下游。從上游到下游，產品在外觀上差距相當大。上游是由磊晶元形成，這種磊晶元長相大概是一個直徑六到八公分寬的圓形，厚度相當薄，就像是一個平面金屬一樣。led發光顏色與亮度由磊晶材料決定，且磊晶佔led製造成本70%左右，對led產業極為重要。上游磊晶製程順序為：單晶元(iii-v族基板)、結構設計、結晶成長、材料特性/厚度測量。

中游廠商就是將這些晶元加以切割，形成為上萬個晶粒。依照晶元的大小，可以切割為二萬到四萬個晶粒。這些晶粒長得像沙灘上的沙子一樣，通常用特殊膠帶固定之後，再送到下游廠商作封裝處理。中游晶粒製程順序為：磊晶元、金屬膜蒸鍍、光罩、蝕刻、熱處理、切割、崩裂、測量。而，下游封裝順序為：晶粒、固晶、粘著、打線、樹脂封裝、長烤、鍍錫、剪腳、測試。

紅外線light emitting diode。

主要以gaas系列材料發展為主，通常以lpe液相磊晶法的方法製作，發光波長從850~940不等。

gap　磷化鎵。

磷化鎵，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。gap是一種間接遷移型半導體，具有低電流、高效率的發光特性，可發光範圍函蓋紅色至黃綠色，為led主要使用材料之一。

gan　氮化鎵。

氮化鎵，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。gan使movpe製作技術，可製作高亮度純藍光led及純綠光led，更可應用於藍光、綠光雷射二極體之製作。movpe雖已是一成熟的磊晶製作技術，但以此技術製作gan藍光led其中仍須相當的專業知識、經驗和技巧。

alingap　磷化鋁銦鎵。

alingap此材料是近年來用在高亮度led之製造上較新的材料，使用movpe磊晶法製程。2017年世界上僅有三家廠商供應此產品的公司，即美國hp、日本toshiba、台灣國聯光電。

algaas　砷化鋁鎵。

為gaas和alas的混晶。algaas適合於製造高亮度紅光及紅外線led，主要以lpe磊晶法量產，但因需製作algaas基板，技術難度高。

反向粘著型薄晶元led　reverse mounting type 薄晶元led。

此種晶元可粘著在穿式印刷電路板上，減少led所佔的厚度。主要可用作可攜式電話按鍵之背光源。

此種led晶元是從最上層面發光，但可將發光面旋轉一個面焊接。側面發光直角led有超小型和高亮度兩種，超小型是用於lcd背光源、呼叫器、行動電話；高亮度型是用作汽、機車第三剎車燈和戶外顯示器。

sideled。

直角表面粘著型led燈泡不需額外的光學件或反射器，焊接后光線的行徑路線可與各電路板平行，使工程人員在設計時有較大的彈性，因而可在設計的後段再加上此產品，而不需事先考慮。產品可應用在自動安全斷電開關、背光源和光導管等，用作電話和數據處理系統的指示燈。

led(發光二極體)的種類繁多，依發光波長大致分為可見光與不可見光兩類。可見光led產品主要包括傳統led、高亮度algainp(磷化鋁鎵銦)紅、黃、橘光led及ingan(氮化銦鎵)藍、綠光led、以及白光led。其產品以顯示用途為主，又以亮度一燭光(1cd)作為一般led和高亮度led之分界點。一般led廣泛應用於各種室內顯示用途；高亮度led後者則適合於戶外顯示，如汽車第三煞車燈、戶外信息看板和交通號誌等。不可見光led，波長850至1550奈米，其短波長紅外光可作為紅外線無線通訊使用，如紅外線led應用在影印紙張尺寸檢知、家電用品遙控器、工廠自動檢測、自動門、自動沖水裝置控制等；長波長紅外光，則應用在中、短距離光纖通訊上，作為光通訊用光源。

gan led　氮化鎵發光二極體。

gan led是屬於直接能隙之半導體材料，其能隙為3.4ev，而aln為6.3ev，inn為2.0ev，將這幾種材料做成混晶時，可以將能隙從2.0ev連續改變到6.3ev，因此可以獲得從紫外線、紫光、藍光、綠光到黃光等範圍的顏色。

2017年最成功的gan組件有高亮度藍光及綠光led，因gan高亮度藍光、綠光led的開發成功，使得戶外全彩led顯示器及led交通號誌得以實現，各種led的應用也更加廣泛。以高亮度藍光led激發螢光物質（phospher）可以產生白光，其低耗電及高壽命的特性，未來有可能取代一般照明用的白熾燈泡，gan led的市場潛力十分強勢。

oled　oeld。organic electro-luminescence display。有機電激發光。

透過電流驅動有機薄膜來發光，其發光可為單獨的之紅色、藍色、綠色，甚至是全彩。由於oled所使用的有機化合物材料會自行發光，因此不像lcd面板後方須要加上背光源，可以大幅降低耗電、簡化製程、使面板厚度變薄。oled的特點為具有自發光、廣視角、響應速度快、低耗電量、對比強、亮度高、厚度薄、可全彩化，及動畫顯示等，被認為是極具潛力的平面顯示技術。

led顯示看板不管尺寸大小，都是由單一組件的led加以拼裝而成，led的單一組件，來自下游封裝好的點矩陣式的led，或是單位模塊cluster，再由顯示看板的廠商將這些單一組件，依照各種不同的需求，組裝成各種大型的看板，加上控制電路，然後到各施工地點安裝測試。

室內用的led顯示看板，因觀看的距離近，所以要求的解析度較高，一般是使用點矩陣式模塊，因室內的環境較穩定，所以比較不需要做防水防護裝置及散熱等措施，施工方面比較容易。

戶外led看板，觀看距離較遠，解析度要求相對的較低，但對亮度、可見度及耐候性的要求都比較高，所以在戶外的施工上比較需要考慮散熱和防水等問題。

大型led顯示屏需要組合不同的元組件與技術，一家廠商很難完全自產自足，因此外圍產業的分工十分重要。大型led顯示屏需要的元組件包括：driver ic、led cluster、power supply、cable及機械框架等；技術方面的需求包括：防靜電設計、電力配電規劃、驅動線路設計、驅動軟體設計、機械結構設計（散熱、視角、支撐、遮陽、防潮等考量）以及亮度、色度的測試技術等。

uv led（紫外線發光二極體）照明不僅可凈化空氣、節約能源，並可望取代現有的螢光燈與白熱燈等照明裝置，加上過去僅及405nm的波長帶最近擴大到200nm，預期應用範圍將大幅擴大到殺菌、廢水處理、除臭、醫療、皮膚病治療、辨識偽鈔與環境sensor等領域。

光通量(luminous flux,φ)單位為：流明(lumen,lm)由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。光強度(luminous intensity, i )光源在某一方向立體角內之光通量大小。單位：坎德拉(candela, cd)照度(illuminance,e)單位：勒克斯 (lux, lx)照度是光通量與被照面之比值。1lux之照度為1 lumen之光通量均勻分佈在面積為一平方米之區域。輝度(luminance,l)單位：坎德拉每平方米(cd/㎡)一光源或一被照面之輝度指其單位表面在某一方向上的光強度密度，也可說是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

(light emitting diode,簡稱led)?

是一種藉外加電壓激發電子而放射出光(電能→光)的光電半導體組件。發光現象屬半導體中的直接發光(沒有第三質點的介入)。整個發光現象可分為三個過程(直接發光)：

價電帶的電子受外來的能量(順向偏壓)，被激發至導電帶，並同時於價電帶遺留一個電洞，形成電子-電洞對。受激發的電子於導電帶中，與其它質點碰撞(散射)，損失部份能量，而接近導電帶邊緣。一旦導電帶邊緣的電子於價電帶覓得電洞時，電子即從導電帶邊緣，經由陷阱中心(釋放熱能)或發光中心(釋放光能)，回到價電帶與電洞複合，電子-電洞對消失。

因為led主要是電子經由發光中心與電洞複合而發光，所以是一種微細的固態光源，不但體積小、壽命長、驅動電壓低、反應速率快、耐震性特佳，而且能夠配合輕、薄和小型化之應用設備的需求，成為日常生活中十分普遍的產品。

利用各種化合物半導體材料及組件結構之變化，設計出不同的led。依其發光波長分為可見光、不可見光(紅外光、紫外光)。

可見光：有紅、橙、黃、綠、藍、紫等各種顏色，主要以顯示用途為主。又以亮度1燭光(cd)作為一般亮度和高亮度之分界點。一般亮度led廣泛應用於各種室內顯示用途；高亮度led則適合於戶外顯示，如：汽車第三煞車燈、戶外信息看板和交通號誌等。不可見光：短波長紅外光可作為紅外線無線通訊使用；長波長紅外光則使用在中、短距離光纖通訊上，作為光通訊用光源。

使用的材料基本上已大致決定led所釋出的波長，其中，適合製作1000mcd以上之高亮度led的材料，由長波長而短波長，分別為algaas（砷化鋁鎵）、algainp（磷化鋁銦鎵）及gainn（氮化銦鎵）等。

algaas（砷化鋁鎵）適合於製造高亮度紅光及紅外線led，主要以液相磊晶(lpe)法進行量產，使用雙異質接面構造(dh)為主，但因為須製作algaas基板，技術的困難度很高，故投資開發的廠商較少。algainp（磷化鋁銦鎵）適合於高亮度紅、橘、黃及黃綠光led，主要以金屬有機氣相磊晶(movpe)法進行量產，使用雙異質接面(dh)及量子井(qw)構造，效率更為提高。且由於algainp紅光led在高溫與高濕環境下，其壽命試驗結果優於algaas紅光led，未來有成為紅光led主流的趨勢。

gainn（氮化銦鎵）適合於高亮度深綠、藍、紫及紫外光led，以高溫的金屬有機氣相磊晶(movpe)法進行量產，也採用雙異質接面(dh)及量子井(qw)構造，效率比前述的algaas、algainp更高。全球各大廠均已積極投入相關材料組件技術之研發，並有所突破。

白光led，乃是日本日亞公司利用藍光led加上黃色螢光材料構成的，其光電轉換效率於1998年4月已提升至15流明/瓦，比傳統燈泡略高，若以常見照明燈具之開發歷程來看，白光led極有機會成為未來於照明產業之明星產品。

led設計之初，主要是利用於家用電器品顯示器，廣告看板或裝飾用。但由於其具有固定波長及操作方便等特點，已逐漸利用於植物生產研究上。1987年開始有學者利用led固定波長特性，應用在植物向地性，型態改變及病害發生上的研究。日本千葉大學古在（kozai）教授研究室將其應用在組織瓶苗的生產研究上。預計未來在光研究上將有極大應用價值。當然，2017年led亮度和價格仍未達實用化階段，不過，由於極具市場潛力，各方面研究正急速的展開，led勢必成為提供植物生長的新興光源。

外延片生長 外延生長的基本原理是，在一塊加熱至適當溫度的襯底基片（主要有紅寶石和sic兩種）上，氣態物質in,ga,al,p有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。2017年led外延片生長技術主要採用有機金屬化學氣相沉積方法。

mocvd金屬有機物化學氣相澱積（metal- organicchemicalvapordeposition，簡稱 mocvd），1968年由美國洛克威爾公司提出來的一項製備化合物半導體單品薄膜的新技術。該設備集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多學科為一體，是一種自動化程度高、價格昂貴、技術集成度高的尖端光電子專用設備，主要用於gan（氮化鎵）系半導體材料的外延生長和藍色、綠色或紫外發光二極體晶元的製造，也是光電子行業最有發展前途的專用設備之一。