LED發(fā)光原理介紹

一、LED50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的根本學(xué)問(wèn)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode〔發(fā)光二極管〕的縮寫(xiě)，它的根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部LED發(fā)光二極管的核心局部是由pnpn型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為p-n結(jié)。在某┌氳繼宀牧系腜N結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱(chēng)LED〔即兩端加上正向電壓〕，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。二、LED電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，依據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈削減80%。適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種外形的器件，并且適合于易變的環(huán)境。穩(wěn)定性：1050%。響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。顏色：轉(zhuǎn)變電流可以變色，發(fā)光二極管便利地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶構(gòu)造和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最終為綠色。價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)300～500三、單色光LED的種類(lèi)及其進(jìn)展歷史P-NLED2060的材料是GaAsP，發(fā)紅光〔λp=650nm〕，在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾0.1/瓦。70年月中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光〔λp=555nm〕，黃光〔λp=590nm〕和橙光〔λp=610nm〕，1/瓦。80GaAlAsLEDLED10/瓦。90年月初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2023年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)〔λp=615nm〕的光效到達(dá)100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域〔λp=530nm〕的光效可以到達(dá)50流明/瓦。四、單色光LED的應(yīng)用最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)原來(lái)是承受長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2023流明的白90200Lumileds公司承受了18個(gè)紅色LED14汽車(chē)信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國(guó)開(kāi)頭在汽車(chē)上安裝高位剎車(chē)燈，由于LED響應(yīng)速度快〔納秒級(jí)〕，可以及早讓跟隨車(chē)輛的司機(jī)知道行駛狀況，削減汽車(chē)追尾事故的發(fā)生。另外，LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。LED對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開(kāi)發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石〔YAG〕封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光〔λp=465nm，Wd=30nm〕，高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光放射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，掩蓋以混有YAG的樹(shù)脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光局部被熒光粉吸取，另一局部藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過(guò)轉(zhuǎn)變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)整熒光粉層3500-10000K六、業(yè)界概況在LED業(yè)者中，日亞化學(xué)是最早運(yùn)用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長(zhǎng)的高亮度LED，以及藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光〔LaserDiode；LD〕，是業(yè)界握有藍(lán)光LED專(zhuān)利權(quán)的重量級(jí)業(yè)者。在日亞化學(xué)取得蘭色LED生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多根本專(zhuān)利后，堅(jiān)持不對(duì)外供給授權(quán)，僅采自行生產(chǎn)策略，意圖獨(dú)占市場(chǎng)，使得藍(lán)光LED價(jià)格昂揚(yáng)。但其他已具備生產(chǎn)力氣的業(yè)者相當(dāng)不以為然，局部日系LED業(yè)者認(rèn)為，日亞化工的策略，將使日本在藍(lán)光及白光LED競(jìng)爭(zhēng)中，逐步被歐美及其他國(guó)家的LED業(yè)者搶得先機(jī)，屆時(shí)將對(duì)整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)峻損害。因此很多業(yè)者便千方百計(jì)進(jìn)展藍(lán)光LEDCree，全球3HPSiemens、Research、EMCORE等都投入了該產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，對(duì)促進(jìn)白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化方面起到了樂(lè)觀的促進(jìn)作用。LED燈及其發(fā)光原理一、LED50lightemittingdiode〔發(fā)光二極管〕的縮寫(xiě)，它的根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。LEDpnpnp-nPNPN二極管叫發(fā)光二極管，通稱(chēng)LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)〔即兩端加上正向電壓〕，電流從L導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。二、LED6-24V電源，特別適用于公共場(chǎng)所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈削減80%3-5mm穩(wěn)定性：1050%響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最終為綠色LED300～500三、單色光LED的種類(lèi)及其進(jìn)展歷史最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年月初。當(dāng)時(shí)所用的材料0.1/p70年月中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光〔λ=555nm〕，黃光〔λ=590nm〕和橙光p p1/瓦。80GaAlAsLEDLED10/瓦。90年月初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種材料的開(kāi)發(fā)成功，使LEDLED〔λ=615nm〕100/瓦，而后者制成p50/瓦。p四、單色光LED的應(yīng)用LEDLED90%，20018LED14秒級(jí)〕，可以及早讓跟隨車(chē)輛的司機(jī)知道行駛狀況，削減汽車(chē)追尾事故的發(fā)生。LED石〔YAG〕封裝在一起做成。GaN〔λ=465nm，Wd=30nm〕，Ce3+的p550nmLEDYAG的樹(shù)脂薄基片發(fā)出的藍(lán)光局部被熒光粉吸取，另一局部藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。LED，通過(guò)轉(zhuǎn)變YAG3500-10000K示〕表一列出了目前白色LED的種類(lèi)及其發(fā)光原理。目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍(lán)光單晶片加25/2023/ZnSeLED，不過(guò)發(fā)光效率較差。R.G.BLED表一 白色LED的種類(lèi)和原理芯片數(shù)激發(fā)源LED

發(fā)光材料InGaN/YAG

發(fā)光原理成白光藍(lán)色LED InGaN/熒光粉 InGaN的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光藍(lán)色LED ZnSe 發(fā)出的藍(lán)光和在基板上激發(fā)出的黃光混色成白光紫外LED InGaN/熒光粉 InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光LEDLED

InGaN、GaP 將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種芯片封裝在一起，構(gòu)成白色LEDLED

InGaNAlInGaP

LED多個(gè) 多種光色的LED InGaN、GaPAlInGaP

LEDLED25LED的效能進(jìn)展年份年份發(fā)光效能〔流明/瓦〕備注1998519915相假設(shè)白熾燈202325相假設(shè)鹵鎢燈202350估量表三長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)展目標(biāo)輸入功率10發(fā)光效能輸出光能100/瓦1000/瓦六、業(yè)界概況LED，以及藍(lán)DiodL，是業(yè)界握有藍(lán)