3发光二极管解析

LED发展简介
• 1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓 （GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。
80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光
效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车 灯(CHMSL)设备。 • 1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术， 这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。 • 1993年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管，
LED（Light emitting diode）发光二极管光源
LED
半导体光放大器
半导体注入激光器
1、定义：发光二极管（LED）是一种固态发光，是 利用半导体或类似结构把电能转换成光能的元件， 属于低场下的注入式电致发光。 2、特点： • B（亮度）高，室温下，全色LED大屏幕，5000－ 10000cd/m2 • 工作电压低，1－5V，可与Si逻辑电路匹配 • 响应速度快，10－7 － 1 0－9s • 彩色丰富，已研制出红绿蓝和黄橙的LED • 尺寸小，寿命长（十万小时） • 视角宽，96年，达80度；97年，达140度
入商用，目前已相当普及。
蓝光LED
• • 到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。在 很长的一段时间内都无法提供发射蓝光的LED 第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期（日亚公司1993宣布，中村修 二博士发明），再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标
650
700
Wavelength in nm
半导体发光二极管工作原理
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心 是PN结。因此它具有一般P-N结的特性，即正向导通，反向 截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特 性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N 区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流 子（多子）复合而发光。 注入式电荧光
照明用LED高亮度白光
白光LED基本上有两种方式: 多晶片型，将红绿蓝三种LED封装在一起，同时使其发光而产生白光. 单晶片型。是把蓝光或者紫光、紫外光的LED作为光源，在配合使用荧光粉 发出白光。进一步分成两类: 1、是发光源使用蓝光LED，以460nm波长的蓝光晶粒涂上一层YAG萤光物 质。便可得出所需的白光（日亚专利）。 2、是使用近紫外和紫外光，丰田合成(Toyoda Gosei)与东芝所共同开发的 白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式。其发光效率却仍低于蓝 光LED与萤光体组合的方式，至于价格与产品寿命，两者差距不大。 在过去，只有蓝光LED使用GaN做为基板材料，但是现在从绿光领域到近紫 外光领用的LED，也都开始使用GaN化合物做为材料了。并且伴随着白光 LED应用的扩大，市场对其效能的期待也逐渐增加。从单纯的角度来看，高 效率的追求一直都是被市场与业者所期待的。
LED发展简介
半导体照明的发展非常迅速。统计表明，自上世纪60 年代诞生以来，每隔十年，LED成本下降十倍而发光 效率提高十倍。2006年，日本日亚化学（Nichia）实
现了150 Lm/W的发光效率，比美国光电工业发展协
会（OIDA）设定的目标提早了6年。而几年前市场憧
憬2010年才能商业化的瓦级单灯，在2006年就已进
Current LED Technology
Axial Intensity
100
GaInN
GaInN Al In GaP Al In GaP GaA I As (DH)
10
GaInN
Al In GaP GaP: N
1
SiC
GaAsP
GaP : N
GaAsP
GaAsP
Leabharlann Baidu
0.1
400
450
500
550
600
由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。
• 20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED，但色泽不 均匀，使用寿命短，价格高。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当
迅速，白光LED的发光效率已经达到38lm/W，实验室研究成果可以达到70
lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼近。
1. 合适的半导体材料； 2. pn结的二极管器件结构； 3. 正偏压下注入电子-空穴对，提供发光所需能量；
4. 电子-空穴复合，产生自发辐射，发射光子。
假设发光是在P区中发生的， 那么注入的电子与价带空穴直 接复合而发光，或者先被发光 中心捕获后，再与空穴复合发 光。除了这种发光复合外，还 有些电子被非发光中心（这个 中心介于导带、介带中间附近） 捕获，而后再与空穴复合，每 次释放的能量不大，不能形成 可见光。发光的复合量相对于 非发光复合量的比例越大，光 量子效率越高。由于复合是在 少子扩散区内发光的，所以光 仅在近PN结面数μm以内产生。
准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。
• • 90年代中期，出现了超亮度的氮化镓（GaN) LED。当前制造蓝光LED的晶体外延 材料是氮化铟镓(InGaN)。 氮化铟镓LED可以产生五倍于氮化镓LED的光强。 超亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹上荧光磷，然后荧光磷通 过吸收来自芯片上的蓝色光源再转化为白光，利用这种技术可制造出任何可见颜色 的光。 • 近期开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光LED的 发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展，即每 隔18个月它的亮度就会增加一倍，曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时 代的来临。
• 发光二极管中，电子-空穴对的复合发光时一 种自发辐射过程，过程是随机的，每一对电 子-空穴对的复合过程同别的电子-空穴对的 复合过程没有关联，彼此是独立的——LED 的自发辐射复合过程表现出光谱范围宽、 彼 此相位不一致，没有偏振方向等特征。