光注入与电注入下LED发光特性研究
实验二 发光二极管P I特性测试实验
实验二发光二极管P I特性测试实验实验二-发光二极管p-i特性测试实验普通光纤器件特性测试实验Ⅱ发光二极管P-I特性测试实验一、实验目的1.学习发光二极管的发光原理2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3.掌握LED的P（平均传输光功率）-I（注入电流）曲线测试二、实验内容1.测量LED的平均输出光功率和注入电流，绘制P-I关系曲线。
2.根据P-I特性曲线计算LED的斜率效率三、预备知识1.了解发光二极管和半导体激光器之间的异同四、实验仪器1套1套1根1台20件五、实验原理半导体光源主要包括半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。
在上一次实验中引入了LD。
本实验主要介绍led。
发光二极管（led）结构简单，是一个正向偏置的pn同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。
发光二极管（led）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（30～60nm）、发射角较大（≈100°）、与光纤的耦合效率较低。
其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。
半导体发光二极管（led）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。
对于发光二极管（LED），自发辐射产生的功率由正向偏置电压产生的注入电流提供。
当注入电流为I且工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射进行复合，其复合速率等于载流子注入速率IQ，其中发射电子的复合速率由内部量子效率决定？Int，光子产生率为(i?int/q)，因此led内产生的光功率为品脱int（？？/q）i（2-1）哪里是光的量子能量。
假设所有发射光子的能量大致相等，从LED逸出的功率中产生的功率份额为？Ext，则LED的传输功率为pe??extpint??ext?int(??/q)i（2-2）ηext亦称为外量子效率。
由2-2式可知，led发射功率p和注入电流i近似成正比。
LED发光原理及光电参数
LED发展史
1962年,GE用气相外延(VPE)制成发出红光的的磷砷化镓半导体化 合物 1968年,LED灯的研发取得突破性进展,利用氮掺杂工艺达到1流明/ 瓦,LED并且发出红光、橙光和黄光 1971年，业界推出相同效率的GaP绿色芯片LED灯 80年代早期重大技术突破开发了AlGaAsLED灯，以每瓦10流明的发 光效率发出红光 1990年，美国HP和日本东芝成功研制InGaAlP LED器件 1993年，日本日亚公司的中村修二在GaN基片上研制成第一只蓝色 LED 20世纪90年代后期，研制成蓝光激发YAG产生白光的LED灯 2000年以后LED器件进入照明用的功率器件阶段 2008年12月，CREE 1W功率LED达到161流明/瓦 LED节能灯发展像计算机一样，遵守摩尔定律，每18个月亮度翻一 番
光强度(Luminous Intensity) 测量单位: 坎德拉candela,或者烛光。 通常，一个 光源在各个方向上有着不同的照射强度。 在特定方向角 上发出的可见光的强度称之为光强度。 光通量(Luminous Flux) 光通量：发光强度为1cd的均匀点光源在单位立体角 （1sr）内发出的光通量，单位流明（lm）。 总光通量用于测量一个非方向性的光源，在任意时刻, 任意方向上输出可见光的总和. 光照度：相当于lm的光通量均匀地照在1m2 面积上所 产生的光照度，单位勒克斯（lx）
背 金 熔 合
LED工作原理
发光二极管是少数载流子在P-N结区 的注入和复合而产生发光的一种半导体 光源 LED的發光顏色取決於電子與空穴 結合所釋放出來的能量高低，主要是由 半導體材料的能隙大小、量子效應、應 力、與壓電效應等特性所決定。
工作原理
InGaN蓝光LED量子效率与注入电流的关系研究
InGaN蓝光LED量子效率与注入电流的关系研究*张福林**,林旭,廖欣,何志毅(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004)摘要:研究了InGaN蓝光LED量子效率随注入电流的变化关系,当注入电流还未达到额定电流时,LED量子效率就随着注入电流增加而快速降低。
通过Matlab计算出在俄歇复合的无辐射复合机制下量子效率与注入电流的理论关系式。
与实验值的拟合结果显示,大电流注入下,LED的效率衰落同时由俄歇复合及其产生的热电子从发光有源区泄露引起。
由蓝光LED这一效率2电流特性,提出了增强InGaN蓝光LED效率的途径。
关键词:InGaN LED;量子效率;非辐射复合;俄歇复合;大功率LED驱动中图分类号:TN312.8文献标识码:A文章编号:100520086(2009)1121442204Investigation on the injected current dependence of InGaN blue LED c s quantum efficiencyZ H ANG Fu2lin**,LIN Xu,LIAO Xin,HE Zhi2yi(Informati on&Communication College,Guilin Uni versity of Electronic Technology,Guilin541004,China)Abstract:The dependence of quantum efficiency on injected curre nt of InGaN Blue LEDs is examined, whic h exhibits an efficienc y droop with increasing the injected current to a value below the LED c s rated current.The theoretical relationship between the quantum efficiency and the injected current is obtained by Matlab based on the Auger nonradiative recombination mechanism.By fitting it with the experimental data,the results show that the efficiency droop can be ascribed to the Auger recombination and the resul2 t ing hot electrons leaking from the active region of emission.In terms of t his efficienc y c urrent c harac t er2 ist ic of t he blue LED,a path to enhance the efficiency of the InGaN blue LEDs is presented.Ke y words:InGaN LED;quantum efficiency;nonradiative recombination;Auge r recombination;high powe r LED drive1引言照明用白光LED光源的关键器件是InGa N蓝光LED,但与传统光源在性能价格比上竞争,还需要进一步提高其发光效率和单个器件的功率。
LED的特性参数
LED参数与特性LED（发光二极管）是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9³9mil (250³250um)，10³10mil，11³11mil (280³280um)，12³12mil(300³300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF³IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
led测试原理
led测试原理
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种基于半导体
材料的发光装置，其测试原理是通过注入电流使LED发光，
并测量发光的亮度和电性能。
LED测试通常分为两个方面：电气特性测试和光学特性测试。
电气特性测试主要包括电流测试、电压测试和反向电压测试。
在电流测试中，用电流计测量通过LED的电流，通常以毫安（mA）为单位。
电压测试则是测量LED引脚之间的电压，常以伏特（V）为单位。
反向电压测试则是检测LED的反向电
压能否达到一定限值，以确定其抗反向击穿能力。
光学特性测试主要包括光通量测试、光强度测试和色度测试。
光通量测试是测量LED单位时间内辐射出的总光功率，以流
明（lm）为单位。
光强度测试则是测量LED在某一方向上的
光输出强度，以坎德拉（cd）为单位。
色度测试是用来确定LED发光色彩的特性，通过测量颜色的三个参数：色温（K）、色坐标（x，y）或色容度来描述。
在LED测试过程中，需要使用专业的测试设备，如多用途半
导体参数测试仪（SMU），光度计以及色彩分析仪等。
这些
设备可以测量LED的电气特性和光学特性，并对其性能进行
评估。
通过LED测试可以确保LED的质量和性能符合预期要求，对
于LED的生产和应用具有重要意义。
东南大学物理学院-LED热学特性研究实验讲义
大功率LED热学特性研究（课题实验）发光二极管（Light Emitting Diode, LED）在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命，以及引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。
因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示，其芯片的核心结构是一个半导体的PN结，所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小，又被荧光材料和树脂胶包裹，无法直接测量其温度，因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温，该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升，使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时，芯片在脉冲内正常发光并升温，但由于电流占空比很小，芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看，只要脉冲占空比足够小，LED的芯片温度能维持和表面温度一致，如图2所示。
这样，只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时，特定PN结的压降仅和结温有关，所以在有了LED的电压‒温度曲线后，只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 （a ）LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图；（b ）待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时，器件表面温度随时间的变化曲线。
OLED结构及发光原理
OLED结构及发光原理OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种将有机化合物作为发光材料的电子器件。
与传统液晶显示技术相比，OLED具有较高的对比度、更广的视角、更快的响应速度和更低的能耗。
下面详细介绍OLED的结构和发光原理。
1.OLED的结构OLED器件主要由以下几个部分组成：（1）基底：OLED器件的基底是一种透明的材料，通常是玻璃或塑料。
在基底上可以选择加入透光电极，提供电流传输功能。
（2）发射层：发射层是OLED的发光部分，包含有机发光材料。
常用的有机发光材料有小分子和聚合物两种类型。
发光材料的种类和结构可以决定OLED的发射光谱和颜色。
（3）电荷注入层：电荷注入层是用来注入电子和空穴的材料层。
通常分为电子传输层和空穴传输层。
电子注入层用来向发射层注入电子，空穴注入层用来向发射层注入空穴。
（4）电荷传输层：电荷传输层用来传输电子和空穴，将电子注入层和空穴注入层所注入的电荷输送到发射层。
（5）电极：OLED器件通常需要两个电极完成对电流的控制。
一个电极用作透光电极，另一个电极用作阴极或阳极，完成电子和空穴的注入。
2.OLED的发光原理OLED的发光原理可以分为电荷注入和发射两个主要过程：（1）电荷注入：当在OLED器件中加上适当的电压时，阴极从阴极端注入电子，阳极从阳极端注入空穴。
电子和空穴在电荷传输层中聚集，并进一步注入到发射层中。
（2）发射：在发射层中，电子与空穴相遇，发生复合反应并释放能量。
这些能量以光子的形式发射出来，形成可见光。
发射层中的有机发光材料的分子结构决定了光的颜色和发光效率。
3.OLED的工作原理OLED器件可以分为分子型OLED（MOLED）和聚合物型OLED（POLED）两种类型。
（1）MOLED：MOLED是由小分子有机材料构成的OLED。
MOLED的特点是组织有序、生长质量高，具有较高的发光效率和较长的寿命。
但MOLED 制造工艺复杂、成本高。
LED的电光转换特性
LED发出的所有光，这一点与P－I特性的测量有 什么差别？ ❖ 5. 根据测得的LED光谱曲线，进一步理解LED发 光的机理。
实验原理如图：
❖ 测试时，调整LED发光面和探测器接收面互相平行 且尽量靠近。调节恒流源，使其正向电流IF连续变 化，从光功率计得到对应的光功率。
❖ 更准确的测量需用到积分球。积分球表面具有超高 反射和散射的特性，可以把LED发出的所有光辐射 能量收集起来，在位于球壁的探测器上产生均匀的 与光（辐射）通量成比例的光(辐射)照度，用合适 的探测器将其线性的转换成光电流，再通过定标确 定被测量大小。测量光通量的光探测器应具有CIE 标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应，测量 辐射通量的探测器应具有恒定的光谱响应，或者在 被测LED光谱响应范围内经过辐射度校准的探测器。
实验步骤
❖ 将待测红光LED接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板 “LED/LD驱动”部分的“正向电压”端口，将胶木模块固定在转台导轨 上。电压表量程选择20V，电流表量程选择200mA，用导线连好。将探测 器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使LED尽量靠近探测器探测器。
❖ 打开“LED/LD驱动”开关，缓慢增加LED的正向电流，计下正向电压、 电流，通过计算机读出相应的功率读数，计算机软件会显示所得到的数 据和图表。
实验目的
❖ 1.了解LED电流注入与辐射功率的关系及其测 量方法；
❖ 2.了解LED的辐射（发光）效率； ❖ 3.了解LED的光谱特性及其测试方法； ❖ 4.根据LED的谱宽进一步理解其自发光机理； ❖ 5.了解光电探测器的信号放大、处理的原理。
实验原理
LED和LD的光源特性测试实验
LD/LED光源特性测试实验1. 实验目的通过测量LED发光二极管和LD半导体激光器的输出功率－电流（P-I）特性曲线和P-I特性随器件温度的变化，理解LED发光二极管和LD半导体激光器在工作原理及工作特性上的差异。
2. 实验原理2.1 LD工作原理从激光物理学中我们知道，半导体激光器的粒子数反转分布是指载流子的反转分布。
正常条件下，电子总是从低能态的价带填充起，填满价带后才能填充到高能态的导带；而空穴则相反。
如果我们用电注入等方法，使p-n结附近区域形成大量的非平衡载流子，即在小于复合寿命的时间内，电子在导带，空穴在价带分别达到平衡，如图1所示，那么在此注入区内，这些简并化分布的导带电子和价带空穴就处于相对反转分布，称之为载流子反转分布。
注入区称为载流子分布反转区或作用区。
结型半导体激光器通常用与p-n结平面相垂直的一对相互平行的自然解理面构成平面腔。
在结型半导体激光器的作用区内，开始时导带中的电子自发地跃迁到价带和空穴复合，产生相位、方向并不相同的光子。
大部分光子一旦产生便穿出p-n结区，但也有一部分光子在p-n结区平面内穿行，并行进相当长的距离，因而它们能激发产生出许多同样的光子。
这些光子在平行的镜面间不断地来回反射，每反射一次便得到进一步的放大。
这样重复和发展，就使得受激辐射趋于占压倒的优势，即在垂直于反射面的方向上形成激光输出。
图1半导体激光器的能带图2.2 LED 工作原理发光二极管是大多由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I-N 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，如图2所示。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。
OLED器件结构与发光机理
OLED器件结构与发光机理OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种由有机材料组成的发光二极管。
它的器件结构和发光机理相互关联，共同组成了OLED技术的基础。
下面将详细介绍OLED器件结构和发光机理。
1.OLED器件结构1.1基底层：位于最底部的是基底层，通常是由玻璃或塑料制成。
它提供了OLED器件的物理支撑。
1.2透明导电层：位于基底层上方的是透明导电层，通常由氧化铟锡（ITO）等材料组成。
它起到电子传输和光透过的作用，是电荷注入层的一部分。
1.3 电荷注入层：位于透明导电层上方的是电荷注入层，由电子传输层和空穴传输层组成。
电子传输层通常使用低能隙的有机材料，如Alq3；空穴传输层通常使用高能隙的有机材料，如N,N'-二苯基-N,N'-二甲基苯基-4,4'-联苯胺（TPD）。
1.4发光层：位于电荷注入层上方的是发光层，也被称为电荷复合层。
它是由有机发光材料组成的，根据不同的颜色可以选择不同的有机材料。
1.5 电荷输运层：位于发光层上方的是电荷输运层，它帮助电子和空穴在器件中自由移动，增强电子与空穴的复合，提高发光效率。
常用的电荷输运层材料有TPD和Alq3等。
1.6透明导电层：位于电荷输运层上方的是另一个透明导电层，与底部的透明导电层形成电极。
两个透明导电层必须保证电流均匀分布。
2.OLED发光机理OLED的发光机理是基于电荷注入和电荷复合的过程。
2.1电荷注入：在电极上施加电压时，正电压施加在透明导电层上，负电压施加在另一个透明导电层上。
这样正电荷（空穴）经过正电压传输层注入到发光层，负电荷（电子）经过负电压传输层注入到发光层。
透明导电层主要起到了电流引导和光透过的作用。
总结起来，OLED通过在电极上施加电压实现电子和空穴在发光层内的注入，然后通过电荷复合释放能量并发光。
而器件中的各个层次共同工作，起到传输电荷、发光和光透过的作用。
OLED器件结构和发光机理的研究和改进对于改善器件的效率和寿命至关重要。
有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理
摘要OLED 具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、低电压直流驱动、工作温度范围宽、易于实现柔性显示和3D 显示等诸多优点，将成为未来20 年最具“钱景”的新型显示技术。
同时，由于OLED 具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性，因此还是一种理想的平面光源，在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。
本文将系统介绍OLED的发展背景、发展史、制备及应用，介绍了有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理。
典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的，发射出来的光是由最底层衬底透出，这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。
因此，理想的做法是研发一种OLED，其光的发射由器件顶部的透明电极透出。
重点介绍一种具有阴极作为底层接触层，阳极ITO薄膜作为顶部电极的表面发射型或者说有机“反转”的LED(OILED)。
介绍了该器件的制备工艺，对该OILED的I一V特性及EL谱进行了测试，发现与传统的OLED相类似，而工作电压有所升高，效率一定程度上降低。
为了进一步改善器件性能，我们对器件增加了保护层(PL)，研究了PL对OILED器件性能的影响。
最后概述了器件的技术进展和应用前景, 并展望了未来OLED 发展的方向。
关键词：有机电致发光器件，有机反转电致发光器件，发光机理，保护层（PL）,阳极ITO 薄膜AbstractOLED has a solid state, self-luminous, high contrast, ultra-thin, low power consumption, viewing angle, fast response, low-voltage DC drive, the operating temperature range, easy to implement many of the advantages of flexible displays and 3D displays future20 years of the most "money scene" of the newdisplay because OLED has a large-area film, low power consumption, and other fine features, so an ideal plane light source, also has broad application prospects in the future of energy saving lighting in the area. In this paper, the systematic introduction of OLED development background, history of the development, preparation and application, the structure of the organic electroluminescent devices (OLED) and the luminescence mechanism.Typical traditional OLED is growth in transparent anode ITO glass, for example, the light is emitted by bottom gives fully substrate, this makes it and other electronic components such as that the integration of the silica based drive become very complex. Therefore, the ideal way is developing a OLED, its light emission from the top of the device gives fully transparent electrodes. Focuses on a cathode as the bottom contact layer, the anode of ITO films as the top electrode surface emission or organic LED of the "reverse" (OILED). Of the device preparation process, the OILED I-V characteristics and EL spectra of the test, found that similar to the conventional OLED, the working voltage was increased efficiency to a certain extent on the lower. To further improve the device performance of the device to increase the protective layer (PL), PL OILED device performance. Finally an overview of the technical progress and prospects of the device, and looked to the future OLED, the direction of development.Keywords:Organic Electroluminescent Devices,Organic reverse electroluminescent devices, Luminescence mechanism,Protective layer (PL), the anode of ITO films.目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 目录.............................................................. I II 1.绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2 OLED技术的发展概况 (2)1.2.1 全球OLED发展史 (4)1.2.2 中国OLED发展状况 (5)1.2.3 OLED的应用 (6)1.2.3 OLED的制备 (6)2.有机电致发光器件 (8)2.1 引言 (8)2.2 有机电致发光器件 (8)2.3 有机电致发光器件的结构 (9)2.4 OLED发光机理 (10)2.5 我国发展OLED产业存在的问题及发展趋势 (13)2.5.1 存在的问题 (13)2.5.2 发展趋势 (14)2.6 结论及建议 (14)3.有机反转电致发光器件 (16)3.1 引言 (16)3.2 器件制备工艺 (17)3.2.1 基片的清洗及表面处理 (17)3.2.2 阴极的蒸镀 (17)3.2.3 有机层的成膜 (18)3.2.4 阳极的溅射 (18)/ PVK:TPD/PTCDA/ITO结构的有机反转电致发光器件的研究3.3 Si/Al/Alq3 (19)3.3.1 OILED的I一V特性及亮度测试 (19)3.4 保护层(PL)对器件性能的影响 (26)3.4.1 PL厚度对器件j一V特性的影响 (26)的影响 (28)3.4.2 PL对器件的最大驱动电流Im ax的影响 (28)3.4.3 PL对器件外量子效率qe3.4.4 PL对EL发射谱的影响 (29)3.4.5 顶电极(阳极)面积对载流子注入效率的影响 (30)3.4.6 PL层对器件最表面状态的影响 (31)4.OLED与OILED的特性及存在的问题 (32)4.1 与目前占主流地位的CRT及LCD技术相比，OLED与OILED具有以下更多的优点: (32)4.2 与OLED相比OILED的不同 (34)4.3 OLED与OILED 急待解决的问题和未来发展趋势 (34)结论 (37)5.致谢 (38)6.参考文献： (39)1.绪论1.1课题背景信息显示是信息产业的核心技术之一, 而信息显示技术及显示器件多种多样, 到目前为止，有四种发光物理机制完全不同的固态场致发光形式。
LED发光原理及特点解读
常见的两种解决方案(二)
低频变压器及半波或全波整流电路 (一)
如图一所示，这种提供LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。
LED的电源电路
LED所须之电源为直流、低电压，故传统上用以推 动钨丝灯泡或日光灯之电源并不适合直接推动LED灯 具。 而传统的定电压转换器必须经过修改后，才能适用 于推动LED灯具；电路修改需考量定电流输出、能源 转换效率、功率因素(power factor)等，均将考验电子 电路的设计技术。
常见的两种解决方案(一)
8.冷光源
它还提供 6500 的相关色温，显色指数为 72。该系统能用在超市、便利店、杂货 店等手取式低温待售产品表面，散发通 用质量的灯光，以更大的灯光均匀度、 减少地板上扰人的眩光以及隐藏显示柜 光源等方式，提高产品的可销性。更适 合古建筑物的照明工程中.
9“高新尖”技术
与220V交流电控制的传统光源单调的发光效果 相比， LED 光源是低压微电子产品，成功融合了计算 机技术、网络技术，无限遥控技术，嵌入式控制器技 术，所以亦是数字信息化产品。是半导体光电器件的 “高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多 变的特点，为照明、显示、景观一次同时展现。
12. 适用性：
• 由于 LED 体积很小，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.发光 体接近点光源（有利于LED的灯具设计）
LED发光原理及特点
• LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已 商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三 波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型 节能荧光灯泡及LED背光源等市场。
•
• ４、安全可靠性强 发热量低，没有紫外辐射,无热辐射，冷光源，可 以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和， 无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内 置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实 现光与艺术结合。
LED光源的基本特征
• ５、有利于环保 LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废 弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合， 易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。
常见的两种解决方案(二)
低频变压器及半波或全波整流电路 (一)
如图一所示，这种提供LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。
与传统的荧光灯相比，LED照明以高达50,000小 时的使用寿命为特色，而荧光灯只有13,000-18,000 小时，并且具有3倍的灯光一致性，具有一般荧光灯 不能配备的调光及循环能力，更节能。当然，节能是 我们考虑使用LED光源的最主要原因，也许LED光源要 比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的 投资，从而获得4～9年中每年几倍的节能净收益期。 LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时， 可以有35年免维护的理论保障。
用lif进行电子传输层掺杂的oled发光性能研究
文章主要研究了发光器件I ITO/MEHPPV/Alq3/Al 和 IITO/MEHPPV/Alqs/LiF/Al, 分析两种器件的差异，并通过测试器件的电流密 度一电压(J-V)特性、电压一亮度(L-V)特性、流明 效率一电压(n-V)等，并在理论上进行分析。 1.1器件制作及实验器材
本实验制备以MEH-PPV为发光层的OLED 器件，分别为
对比图b和图d器件的发光亮度一电压特性曲 线，可见掺杂后电子注入能力得到提高。在电压为9 V时，发光亮度由50 cd/m2提高到180 cd/m2,说明随 着电子传输层电子注入能力的提高，电子和空穴的 复合效率得以提高，从而器件的发光亮度得到增强。
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收稿日期：2019—12—26 作者简介:杜国华(1983—),男，山西晋城人，讲师，主要从事物理学研究。
44・
杜国华,王宏亮 用LiF进行电子传输层掺杂的OLED发光性能研究
首先将基片置于KW-4A型台式匀胶机上进行 聚合物MEH-PPV的旋涂，在转速为2000转/min, 转动45 s。然后置于真空烘箱中,50 °C,抽真空到1 Pa以下，烘干1 h,以除去残留的试剂。
文章通过在电子传输层掺杂氟化锂的方式研究电子传输层载流子输入能力的提高以此改变器件的发光性能并研究器件电子传输层的厚度对发光性能的影响
2020 年 4 月 第 37 卷 第 2 期
长治学院学报 Journal of Changzhi University
Apr. ,2020 VolED发光性能研究
45 40 35 30 25 20 15 10
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LED结构与发光原理
LED是什么？LED是英文Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，是一种半导体固体发光器件。
利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫和白色的光。
LED产品就是利用LED作为光源制造出来的高科技产品。
LED是英文light emitting diode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关LE LED的发光原理实际上LED，就是发光二极管（light emitting diode）。
基本结构为一块电致发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。
主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。
其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。
电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。
光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。
由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。
LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。
目前，已商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉混合产生白光。
实验二 发光二极管P-I特性测试实验含数据)
实验二 发光二极管P-I 特性测试实验一、实验目的1、学习发光二极管的发光原理2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握发光二极管P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试二、实验内容1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I 关系曲线2、根据P －I 特性曲线，计算发光二极管斜率效率三、预备知识1、了解发光二极管与半导体激光器的异同点四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC 接口光功率计 1台3、850nm 光发端机（HFBR-1414T ） 1个4、ST/PC-FC/PC 多模光跳线 1根5、万用表 1台6、连接导线20根五、实验原理半导体光源主要有半导体发光二极管（LED ）和半导体激光器（LD ）两种。
LD 已经在上一个实验介绍过，本实验主要是介绍LED 。
发光二极管（LED ）结构简单，是一个正向偏置的PN 同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。
发光二极管（LED ）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（30～60nm ）、发射角较大（≈100°）、与光纤的耦合效率较低。
其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。
半导体发光二极管（LED ）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。
对于发光二极管（LED ）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率int η，光子产生率为)/(int q I η，因此LED 内产生的光功率为Iq P )/(int int ωη =（2-1）式中，ω 为光量子能量。
假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率内部产生功率的份额为ext η，则LED 的发射功率为Iq P P ext ext e )/(int int ωηηη ==（2-2）ηext 亦称为外量子效率。
LED工作原理
LED工作原理LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有发光特性。
LED的工作原理可以简单描述为通过注入电流到半导体材料中，使其发生电子跃迁，从而产生光。
LED的工作原理主要涉及以下几个方面：1. PN结：LED是由P型半导体和N型半导体组成的二极管。
P型半导体中的电子浓度较低，N型半导体中的空穴浓度较低。
当P型半导体和N型半导体通过PN结连接时，形成一个电势垒。
2. 电子跃迁：当外加正向电压施加到PN结上时，电子从N型半导体向P型半导体挪移，空穴从P型半导体向N型半导体挪移。
在PN结的电势垒区域，电子和空穴发生复合，释放出能量。
3. 发光机制：当电子和空穴复合时，能量以光的形式释放出来。
这是由于电子跃迁时，电子从高能级跃迁到低能级，释放出的能量以光的形式辐射出来。
不同的材料和掺杂方式会产生不同颜色的光。
4. 能带结构：LED的发光颜色取决于半导体材料的能带结构。
常见的LED材料有氮化镓（GaN）、磷化铟镓（InGaP）和碳化硅（SiC）等。
通过控制材料的能带结构，可以实现不同颜色的发光。
5. 发光效率：LED具有高效能转换特性，能够将输入的电能转换为光能。
相比传统的白炽灯泡，LED的发光效率更高，能够节省能源。
6. 发光强度调节：LED的发光强度可以通过调节电流大小来实现。
增加电流可以增加发光强度，减小电流可以降低发光强度。
7. 寿命和稳定性：LED具有较长的使用寿命和较高的稳定性。
LED的寿命普通可以达到数万小时，而且在正常使用情况下，其亮度和颜色稳定性也能得到保持。
总结一下，LED的工作原理是通过注入电流到半导体材料中，使其发生电子跃迁，从而产生光。
LED具有高效能转换特性、可调节的发光强度、长寿命和稳定性等优点，因此在照明、显示和指示等领域得到广泛应用。
光注入和电注入原理
光注入和电注入原理光注入和电注入是两种不同的物理现象，在不同的领域都有着广泛的应用。
本文将会详细介绍这两种原理的基本概念、工作原理、特点以及应用领域等。
光注入是将激光或光纤光束通过半导体材料的P-N结注入到材料内部，从而使半导体物质的载流子浓度与分布状态产生巨大的改变，迅速增强材料的电学性能。
具体的工作原理如下：1. 光子吸收：激光或光纤光束通过半导体材料的P-N结时，会在材料中产生电荷带动极化，吸收一定量的能量。
2. 电荷分离：在光子吸收后，半导体材料的载流子将被激发并分离，形成自由载流子。
3. 自由载流子注入：由于P-N结的存在，自由载流子会被注入材料内部，同时改变整个材料的电学特性。
光注入的特点是：能够快速增强材料的电学性能，具有高频响和高速度的特点，适用于光电转换器件、激光器、光电子学器件等领域。
1. PN结注入：在PN结中，电子和空穴在材料内部移动，并产生电流。
当外部的正向偏压被加到PN结上，电子从N区被注入到P区，空穴从P区被注入到N区。
2. 金属半导体注入：通过向金属半导体界面施加一个正极性的电压，可以导致外场中的电子被詹姆斯-克拉金效应捕捉并填充导带。
电注入的特点是：具有可控性、精度高和适应性强等特点，适用于微电子器件、功率电子器件、集成电路等领域。
使用电注入还可以实现半导体发光器件、压控振荡器件等功能。
总结：光注入和电注入是两种不同的物理现象，分别具有不同的工作原理，操作过程中所需要的工作设备也有所不同。
它们在不同的领域都有着重要的应用，比如说电子器件、激光器、集成电路等。
在未来的发展中，光注入和电注入的技术将会得到不断的改进和完善，不断为我们带来新的机会和挑战。
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重庆大学本科学生毕业设计（论文）光注入与电注入下LED发光特性研究学生：吴飞学号：20073401指导教师：文静专业：光电信息工程重庆大学光电工程学院二O一一年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityThe studies on characteristics of luminescence under optical and electronicinjectionUndergraduate: WufeiSupervisor: Prof. WenjingMajor: Optoelectronic Information EngineeringCollege of Opto-Electronic Engineering ofChongqing UniversityJune 2011摘要发光二极管（LED）的非接触测量手段就是光激励LED，那么非接触测量手段能否实现关键是光激励能否取代电激励。
国内外的研究表明，在分别往AlInGaP 红色LED里注入相同强度的电流和光强激励LED时，PL和EL有着极为相似的光谱，但是光谱随着注入强度的变化，存在着波峰红移情况，造成两种光谱图有差异。
随着研究的深入，发现影响这种差异的不是注入方式的影响，而是注入方式的不同给LED的p-n结温带来的不同影响，也就是说如果能控制p-n结的结温，相同注入强度下的PL和EL光谱会完全相同，研究表明光注入完全可以取代电注入，即：非接触测量手段是完全可能实现的。
本课题通过研究了LED的发光机理，以及影响LED发光的因素，通过比较光注入与电注入下LED发光特性的区别，得出了以下结论：光致发光和电致发光有着完全相同的发光原理，影响发光光谱的因素也完全相同，但是PL光谱和EL光谱存在着差异，这种差异不是注入方式的影响，而是源于注入方式的不同给LED 结温带来的不同影响。
关键词：发光二极管（LED），p-n结结温，光致发光（PL），电致发光（EL），注入方式ABSTRACTThe measurement of Light-emitting diodes' (LEDs) non-contact is LED optical excitation,Then the key to the realization of Non-contact measurements is whether electrical stimulation can be replaced by electrical stimulation. Domestic and international researches show that:Respectively, injected at the same intensity current and light to AIInGaP red light-emitting diodes to excite the LED, PL and EL has a very similar spectrum. However, with the different injection of intensities, peak Red shift condition exists, resulting in a difference in the two spectra.With further research,We find that this difference is not the impaction of different ways of injection methods, but the different injection methods which bring different impacts on p-n junction temperature to the LED .That is to say if we can control the temperature of p-n junction ,We'll get exactly the same spectrum under the same PL and EL intensities.The results show that optical injection can replace the power injection ,Namely: non-contact measurement means is possible to achieve.This topic research the luminescence mechanism of the LED and the factors that affect LED Light-emitting By comparing the differences of LED light-emitting properties under the optical and electrical injection,we draw the following conclusions ：Photoluminescence and electro-luminescence have the exactly same light-emitting principle ,the factors that affect the Luminescence spectrum of are the same but PL spectra and EL spectra are different,the difference is not the impaction of different ways of injection methods, but the different injection methods which bring different impacts on p-n junction temperatures to the LED.Key words: Light-emitting diode(LED), p-n junction temperatures, Photoluminescence (PL), Electroluminescence(EL)目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 课题任务 (2)2 发光二极管（LED)简介 (4)2.1 LED的介绍 (4)2.2 LED的发光机理 (7)2.2.1 光致发光（PL） (7)2.2.2 电致发光（EL） (8)2.3 影响LED发光的主要因素 (9)3 LED光注入和电注入下光谱特性的实验研究 (11)3.1 实验系统 (11)3.1.1 实验设计流程图，原理图和实物图 (11)3.1.2 元器件的选择 (14)3.1.3 实验步骤 (15)3.2 实验结果及分析 (15)3.2.1 不同激励强度下PL（连续）光谱，EL光谱及比较 (15)3.2.2 相同激励强度下PL（连续）光谱，EL光谱及比较 (17)3.2.3 相同激励强度下PL（脉冲）光谱，EL光谱及比较 (21)3.2.4 分析和小结 (28)4 结论与展望 (30)4.1结论 (30)4.2展望 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 绪论1.1 课题研究的背景和意义由于LED具有体积小，能耗低，寿命长，高功率，冷光源，绿色环保，应用广等优点，近些年来，LED技术在世界各国得到了巨大研究和发展，随着制造成本的下降和各种技术，难题的突破，世界各国LED照明产业和LED制造业更是倍速发展，LED封装技术在LED产品合格率中起着至关重要的作用，限于封装企业的技术水平参差不齐，封装手段的陈旧，落后，必定导致LED封装产品的废次品率的上升。
我国是世界上LED封装产品第一产业大国，LED封装产品的年产值从2006年的148亿元，2007年的168亿元，2008年的185亿元，发展到2009年的204亿元，2010年的250亿元，增加率一直保持在两位数以上，而年产量更是由2006年的660亿突破到2010年的1000亿只，如此庞大的产量和封装量，次废品率哪怕只有千分之一，我国也会因为因封装工艺上的欠缺或者是检测系统的缺陷而损失数亿元。
文献[1]指出，在芯片的扩片，背胶，点晶环节，都有可能对芯片造成损伤，对LED光学特性和电学特性产生负面影响；而在支架的固晶，压焊过程中，可能会产生芯片的错位，内电极的接触不良，或者外电极引线虚焊或焊接应力，芯片错位影响输出光场的分布及效率，而内外电极的接触不良或虚焊则会增大LED的接触电阻。
由此可见，要提高其封装产品质量，需要对各个生产工艺环节进行实时检测，调整工艺参数，以将次品，废品控制在最低限度。
由于封装工艺过程的精细，复杂，高速特性，常规的接触式测量几乎难以实现封装中的质量检测，非接触测量手段成为可能。
一种基于光电二极管光伏效应提出的在线非接触故障检测方法使得LED芯片的非接触检测得以实现，即LED芯片在线非接触检测方法[2]，通过使用电磁感应法，在没有接触的情况下，光生电流很容易被测量，研究表明，该方法很容易实现，从而可用于LED芯片包装的在线故障检测。
非接触测量本质就是光激励LED，那么非接触测量手段能否实现关键是光激励能否取代电激励，国内外的研究表明，在分别往AlInGaP红色LED里注入相同强度的电流和光强激励LED时，PL和EL有着极为相似的光谱，但是光谱随着注入强度的变化，存在着波峰红移情况，造成两种光谱图有差异，随着研究的深入，发现影响这种差异的不是注入方式的影响，而是注入方式的不同给LED结温带来的不同影响，也就是说如果能控制p-n结的结温，相同注入强度下的PL和EL光谱会完全相同，研究表明光注入完全可以取代电注入，即：非接触测量手段是完全可能实现的。
1.2 国内外研究现状国内外在光注入与电注入LED发光特性方面都有较为深入而全面的研究。
日本岗山大学的研究表明[3]：在波长为1.54um周围：光致发光和电致发光光谱有Er相关峰且有相似的频谱形状。
这些结果说明，光激发和电流注入造成同样的光发射。
而名古屋大学的研究表明[4]：p-n结的结温度线性升高，会导致PL和EL光谱两个波峰红移现象，也就是说两种注入方式（相同注入强度下）引起的PL和EL 光谱有差异，主要是波峰红移的差异，这也间接的说明了p-n结温度影响了两种差异。