Introduction aux LED
1. Introduction de base aux LED
La LED, abréviation de « Light Emitting Diode », est un dispositif semi-conducteur qui convertit l'énergie électrique en lumière. Le cœur d'une LED est une puce composée de semi-conducteurs de type p- et de type n-. Une jonction p-n se forme entre les deux. Lorsque les porteurs minoritaires injectés se recombinent avec les porteurs majoritaires, l’excès d’énergie est libéré sous forme de lumière, convertissant ainsi l’énergie électrique en lumière. Les puces fabriquées à partir de différents matériaux peuvent émettre de la lumière de différentes couleurs, telles que le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le bleu et le violet, d'où le nom de « diode électroluminescente -.
Par rapport à l'éclairage traditionnel, les LED permettent d'importantes économies d'énergie et constituent actuellement la technologie d'éclairage la plus avancée au monde. Ils sont considérés comme l’une des plus grandes inventions de l’humanité depuis l’invention de l’ampoule à incandescence par Edison.
Un autre avantage clé des LED est leur respect de l’environnement. En tant que dispositifs émetteurs de lumière à semi-conducteurs--, les LED ne contiennent pas de mercure et, par conséquent, leur casse pendant la production et l'utilisation n'entraînera pas de pollution de l'environnement par des métaux toxiques.
2. Applications et classifications des LED
Au milieu de la crise énergétique mondiale, les semi-conducteursÉclairage LED, caractérisé par sa conception économe en énergie,-économe en énergie, colorée, sûre,-durable et miniaturisée, a été reconnu dans le monde entier comme la troisième révolution de l'éclairage dans l'histoire de l'humanité. Grâce aux progrès de la technologie LED, ses applications s'étendent et s'étendent continuellement, avec des applications dans le rétroéclairage LCD, l'éclairage général, les affichages de signaux, les feux de circulation et l'éclairage automobile.
3. Emballage LED et classifications des produits
L'emballage LED fait référence au processus d'encapsulation duPuce LEDet support avec des matériaux tels que la résine époxy ou le silicone. Plus précisément, cela implique de disposer, de sécuriser et de connecter la puce LED et d'autres composants sur un support ou un substrat, d'étendre les bornes de câblage, puis de les encapsuler et de les fixer avec un diélectrique en plastique -transmettant la lumière pour former une structure tridimensionnelle-. Cela assure la protection de la puce et la dissipation de la chaleur.
À l'heure actuelle, les types de dispositifs LED sont principalement du type à -insertion directe (lampe) et du type à montage en surface (SMD). Parmi eux, les produits CMS présentent de nombreuses caractéristiques uniques et excellentes par rapport aux produits à lampes, telles qu'une densité d'assemblage élevée, une petite taille de produit électronique, un poids léger, des économies de matériaux, d'énergie, d'équipement, de main d'œuvre, de temps, etc. Plus précisément, ce sont :
(1) un faible taux de défauts des joints de soudure, de bonnes caractéristiques à haute fréquence - et une réduction des interférences électromagnétiques et radiofréquences ;
(2) haute fiabilité et forte résistance aux vibrations ;
(3) facile à automatiser, améliore l’efficacité de la production et réduit les coûts de 30 à 50 % ;
(4) Le volume et le poids des composants CMS ne représentent qu'environ 1/10 de ceux des composants enfichables traditionnels. Généralement, après l'adoption de SMT, le volume des produits électroniques est réduit de 40 à 60 % et le poids est réduit de 60 à 80 %.
À l'heure actuelle, les LED SMD sont principalement utilisées dans le rétroéclairage, l'éclairage et d'autres domaines. En fonction du type d'emballage, les produits LED CMS incluent les catégories de puces, supérieures, latérales et haute-puissance. Les produits de dessus, de côté et à haute -puissance comportent principalement une lumière blanche et une luminosité élevée, et sont principalement utilisés dans le rétroéclairage (par exemple, les téléphones mobiles et les ordinateurs) et l'éclairage (par exemple, l'éclairage intérieur et extérieur). Par conséquent, les emballages CMS haut de gamme incluent généralement des produits à vue supérieure, latérale et à haute puissance, en particulier des produits à lumière blanche et à haute luminosité. Le marché national des appareils traversants-est essentiellement saturé, avec des bénéfices en baisse chaque année. La concurrence dans les dispositifs CMS bas de gamme devient de plus en plus féroce, tandis que la capacité de production pour les dispositifs CMS de milieu- à haut de gamme-est progressivement libérée, ce qui entraîne d'importantes fluctuations de prix.
4. Classification des LED par couleur et application
Les LED appartiennent à la catégorie des dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs et sont classées par couleur en LED monochromatiques, LED couleur - et LED blanches. Les LED blanches sont principalement utilisées dans le rétroéclairage et l’éclairage et ont un large éventail d’applications. La classification et les domaines d'application des LED de différentes couleurs sont les suivants :
Avec l'efficacité lumineuse croissante des LED à lumière blanche, l'éclairage à semi-conducteurs a été largement utilisé dans les téléphones mobiles, les rétroéclairages, l'éclairage spécialisé et d'autres domaines, et s'étend désormais à l'éclairage général. Selon le « US Semiconductor Lighting Development Blueprint (OIDA 2002.11) » (Source : « China Semiconductor Lighting Industry Development Yearbook (2008-2009) »), l'efficacité lumineuse de l'éclairage LED devrait atteindre 150 lm/w d'ici 2012 et 200 lm/w d'ici 2020, pénétrant ainsi tous les domaines de l'éclairage. Actuellement, l’efficacité lumineuse des LED à lumière blanche est d’environ 120 lm/w. L'amélioration continue de l'efficacité lumineuse des LED à lumière blanche est devenue un facteur clé dans la promotion de l'avancement de la technologie des LED à lumière blanche. À ce jour, aucun produit n’a été trouvé plus adapté à l’éclairage à semi-conducteurs que les LED à lumière blanche.
5. Aperçu du développement d'applications LED
Dès 1907, les humains ont découvert le phénomène selon lequel les matériaux semi-conducteurs émettent de la lumière lorsqu’ils sont sous tension. Cependant, ce n’est que dans les années 1960 que les LED rouges, fabriquées à partir du matériau semi-conducteur composé GaAsP, sont devenues disponibles dans le commerce. En raison de leur efficacité lumineuse extrêmement faible et de leur coût élevé, ils n'étaient alors utilisés que comme indicateurs de signal dans divers appareils électroniques coûteux.
Depuis les années 1990, avec l'amélioration progressive de l'efficacité et de l'intensité lumineuses des LED et l'expansion de la couverture des couleurs de la lumière sur l'ensemble du spectre visible, les économies d'énergie et les avantages pratiques deLumière LEDles sources sont devenues de plus en plus importantes, élargissant considérablement leurs domaines d’application. Actuellement, les LED sont largement utilisées dans les rétroéclairages LCD, les grands écrans extérieurs, les sources lumineuses de communication optique, les feux de circulation, l'éclairage de scène, l'éclairage paysager et les feux arrière d'automobiles, et entrent progressivement dans les applications d'éclairage traditionnelles telles que l'éclairage public, l'éclairage intérieur et les phares automobiles.
6. Développement de l’industrie mondiale de l’emballage LED
Le développement de l’industrie mondiale de l’emballage LED a été parallèle à l’avancement des technologies de la chaîne industrielle LED, démontrant une tendance claire au transfert industriel. Les cinq plus grandes sociétés LED au monde : Nichia et Toyoda Gosei au Japon, CREE et Lumileds aux États-Unis et Osram en Allemagne, représentent le plus haut niveau de technologie LED et mènent le développement de l'industrie LED.
Dans les années 1950, la première LED (Light Emitting Diode) moderne a été inventée en Grande-Bretagne. En 1962, la société américaine General Electric a été la première à développer la première diode électroluminescente visible-. Dans les années 1970, les LED jaunes et vertes font leur apparition. Avec l’avènement de nouveaux matériaux et l’amélioration de l’efficacité lumineuse, la puissance et le flux lumineux des sources lumineuses LED individuelles ont également augmenté rapidement. Au cours des décennies qui ont suivi, les LED se sont développées rapidement, conformément à la loi de Moore, avec une luminosité doublant tous les 18 mois. Dans les années 1990, le développement des LED bleues par Nichia Corporation du Japon a conduit au développement réussi des LED blanches, élargissant considérablement l'application des LED de la simple signalisation à l'éclairage.
Grâce aux progrès continus de la technologie, les LED surmontent des problèmes tels que la dégradation de la lumière, la dissipation thermique et l'efficacité lumineuse, devenant ainsi reconnues comme une nouvelle source de lumière-économe en énergie et respectueuse de l'environnement, offrant des avantages économiques et sociaux supérieurs et de vastes perspectives d'application. Les gouvernements du monde entier accordent une attention croissante à cette question. Pour économiser l'énergie et promouvoir la protection de l'environnement, de nombreux pays accélèrent actuellement la législation, lancent des programmes de recherche et d'application correspondants, ou fixent des délais clairs pour encourager l'utilisation de sources lumineuses-économes en énergie. En juillet 2001, le ministère américain de l'Énergie a lancé la Next-Generation Lighting Initiative (NGLI), également connue sous le nom de « Next Generation Lighting Initiative ». L'Initiative japonaise d'éclairage du 21e siècle est un programme national initié et organisé par le Centre japonais de recherche et de développement des métaux et le New Energy and Industrial Technology.
Organisation de développement (NEDO). En juillet 2000, l'Union européenne a mis en œuvre le projet Rainbow (Bringing Color to LEDs) et a créé la Direction générale exécutive-de la recherche (ECCR) pour soutenir la promotion des applications LED à lumière blanche par le biais du programme BRITE/EURAM-3 de l'UE. En réponse à la tendance mondiale en faveur des économies d'énergie et de la protection de l'environnement, le ministère sud-coréen du Commerce et de l'Énergie a créé le « Programme de développement de semi-conducteurs optiques GaN » pour faire progresser la recherche sur les sources d'éclairage LED à lumière blanche basées sur des matériaux GaN. Depuis 2000, la Chine a continuellement introduit de nombreuses politiques pour soutenir les LED et a lancé en 2009 le programme de promotion de l'éclairage LED « Dix villes, dix mille lampes » pour développer vigoureusement l'industrie LED.
Grâce au fort soutien des politiques gouvernementales du monde entier, la communauté internationaleIndustrie LEDa connu une application généralisée dans divers domaines et une croissance rapide. Actuellement, l’industrie mondiale de l’emballage LED est principalement concentrée dans des régions telles que le Japon, Taiwan, les États-Unis, l’Europe, la Corée du Sud et la Chine continentale. Le Japon, les États-Unis et l’Europe, avec leurs avantages en matière de technologie industrielle avancée et d’équipements de fabrication, sont parmi les premières régions à développer l’industrie de l’emballage LED. Taïwan et la Corée du Sud disposent d'une chaîne complète de l'industrie de l'électronique grand public, avec une division claire du travail entre les secteurs en amont, intermédiaire et en aval, ainsi qu'un approvisionnement et une commercialisation stables, ce qui a conduit à leur croissance rapide ces dernières années. La Chine continentale, avec ses avantages en termes de coûts et son marché d'applications LED en rapide expansion, a connu un afflux constant de capitaux pour l'emballage LED en provenance de pays du monde entier, y compris de Taiwan, au cours de la dernière décennie, de nombreux pays y ayant établi des usines d'emballage. Les entreprises nationales d'emballage ont continué de croître et de se développer, avec des technologies de plus en plus sophistiquées et innovantes, faisant de la Chine continentale l'une des régions-à la croissance la plus rapide pour l'emballage LED.
L'emballage LED est à la fois technologique-et capitalistique-. En raison des avantages de coût de la Chine continentale et de l'expansion rapide du marché des applications LED, les fabricants d'emballages internationaux et taïwanais ont afflué vers le continent pour établir des usines, capitalisant sur la proximité des équipements de support et du marché final. Cela a permis une croissance soutenue et rapide de l'industrie de l'emballage LED en Chine continentale, ce qui en fait une base mondiale importante pour l'emballage LED. Cela a non seulement accru la part de marché de la Chine continentale dans le secteur mondial de l'emballage LED, mais a également amélioré la technologie d'emballage LED des fabricants de Chine continentale, accélérant ainsi le développement rapide de l'ensemble du secteur. L'industrie chinoise de l'emballage a initialement formé quatre grandes régions à forte intensité LED : le delta de la rivière des Perles, le delta du fleuve Yangtze, la région du Fujian -Jiangxi et le bord de Bohai. La Chine est devenue une base mondiale majeure pour l’emballage des LED.
7. Tendance de développement de l'industrie de l'emballage LED
(1) L'emballage CMS devient progressivement la principale forme d'emballage LED
Les LED SMD emballées en surface sont devenues un point chaud de développement, qui a résolu efficacement les problèmes de luminosité, d'angle de vision, de planéité, de fiabilité, de cohérence, etc. Elle utilise des cartes PCB plus légères et des matériaux de couche réfléchissante, nécessite moins de résine époxy pour être remplie dans la couche réfléchissante de l'écran et supprime les broches en acier au carbone plus lourdes. En réduisant la taille et le poids, le poids du produit peut être facilement réduit de moitié, ce qui rend l'application plus parfaite. Il est particulièrement adapté à divers produits de rétroéclairage dont l'épaisseur du produit diminue continuellement et aux applications d'affichage couleur intérieures et semi{3}}extérieures-.
L'emballage des LED SMD présente certaines difficultés techniques, qui se reflètent dans :
Premièrement, comment concevoir la structure de l'appareil et optimiser la combinaison des matériaux d'emballage pour améliorer l'efficacité lumineuse de l'appareil et faire en sorte que la courbe de distribution de la lumière réponde aux exigences. Une bonne forme d'emballage peut non seulement améliorer l'effet d'utilisation des puces LED, mais également aider les entreprises à différencier leurs produits. La recherche continue sur les structures des dispositifs CMS a conduit au développement continu des structures des dispositifs, entraînant l'émergence de dispositifs spécialisés pour des marchés de niche, tels que les LED ovales pour les applications d'affichage extérieur et les LED à émission latérale-pour le rétroéclairage LCD de petite taille-.
Deuxièmement, une dissipation thermique efficace est cruciale pour améliorer la fiabilité des appareils. La résistance thermique élevée des dispositifs LED augmente la température de jonction PN de la puce, ce qui entraîneLumière LEDdégradation. La dissipation thermique est le principal défi technique des emballages LED. La recherche continue sur cette technologie clé a enrichi et développé les matériaux d'emballage, réduisant considérablement la résistance thermique des appareils et garantissant fondamentalement leur durée de vie.
La technologie d’emballage à LED blanches est devenue un domaine d’intérêt et de recherche clé au sein de l’industrie. Les techniques d'emballage avancées améliorent le contrôle des paramètres tels que la température de couleur, les coordonnées de chromaticité et l'indice de rendu des couleurs (CRI). Il en résulte des LED blanches de haute-qualité qui répondent aux diverses exigences des différents marchés et atteignent un IRC très cohérent dans la production de masse. Cela représente un défi technique important pour tout fabricant.
(2) Les produits de rétroéclairage et d’éclairage deviendront la force motrice de la croissance rapide ultérieure du marché des LED.
Avec l'augmentation rapide du taux de pénétration du rétroéclairage LED dans les panneaux LCD-de grande taille et le développement inattendu du marché de l'éclairage LED, l'ensemble du secteur LED connaîtra une dynamique de croissance accélérée. Le rétroéclairage LED et l’éclairage général LED sont les deux domaines qui connaissent la croissance la plus rapide. Le rétroéclairage et l’éclairage deviendront le moteur de la croissance rapide du marché des LED.
8. Demande du marché des LED de rétroéclairage
Rétroéclairage LEDcomprend un rétroéclairage de petite-taille, un rétroéclairage de taille moyenne-et un rétroéclairage de grande-taille. Le rétroéclairage de petite taille-est principalement utilisé dans les téléphones mobiles, les MP3, MP4, PDA, les appareils photo numériques, les caméras vidéo et les équipements de fitness ; Le rétroéclairage de taille moyenne-est principalement utilisé dans les ordinateurs portables, les netbooks, les écrans et les moniteurs d'ordinateur ; la grande-taille est principalement utilisée dans les téléviseurs LCD.
Le nombre et les exigences de performances du rétroéclairage LED pour différentes tailles d'écrans LCD sont les suivants :
9. Demande du marché de l’éclairage LED
L'éclairage LED présente des avantages par rapport à l'éclairage ordinaire, tels que l'économie d'énergie, la protection de l'environnement, un temps de réponse court et une longue durée de vie, ce qui en fait une source de lumière alternative idéale. Actuellement, les LED sont relativement chères, ce qui entrave leur adoption généralisée. Cependant, à mesure que les coûts des LED diminuent progressivement et que les gouvernements du monde entier s'engagent à promouvoir des -politiques d'économie d'énergie et l'élimination progressive-des ampoules à incandescence, l'éclairage LED présentera d'énormes opportunités de développement. Le marché de l'éclairage LED peut être principalement classé en éclairage paysager extérieur (garde-corps, projecteurs, éclairage de pelouse, etc.), éclairage général intérieur, éclairage décoratif, éclairage spécialisé (éclairage public, lampes de poche, lampes frontales, lampes de lecture, etc.), éclairage spécialisé (éclairage militaire, médical, éclairage biomédical, etc.) et éclairage automobile.
Avec l’interdiction des ampoules à incandescence, des opportunités de marché apparaissent pour les ampoules LED de moins de 10W. Actuellement, l'éclairage représente 19 % de la consommation mondiale d'électricité, consommant un total de 2 651 térawattheures-heures d'énergie. Le remplacement des sources lumineuses existantes par des sources-économes en énergie devrait permettre d'économiser 30 % d'énergie. L'intégration accrue d'un éclairage économe en énergie avec des capteurs, des réseaux intelligents et d'autres applications peut potentiellement permettre d'économiser 30 % supplémentaires.
FAQ
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