LED燈及其發(fā)光原理

LED燈及其發(fā)光原理一、LED的構(gòu)造及發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線的根本學問，第一個商用1960LED是英文lightemittingdiode〔發(fā)光二極管的縮寫，它的根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好LED構(gòu)造圖如以下圖所示發(fā)光二極管的核心局部是由p型半導體和np型半導體和np-n的PNPN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LE。當它處于正向工作狀態(tài)時〔即兩端加上正向電壓電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。二、LED光源的特點電壓：LED6-24V之間，依據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈削減80%適用性：很小，每個單元LED3-5mm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：10萬小時，光衰為初始的50%響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級對環(huán)境污染：無有害金屬汞顏色：轉(zhuǎn)變電流可以變色，發(fā)光二極管便利地通過化學修飾方法，色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最終為綠色300～500只二極管構(gòu)成。三、單色光LED的種類及其進展歷史最早應用半導體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED2060年月初。當時所用的材料是GaAs，發(fā)紅光λ=650n，在驅(qū)動電流為p毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。70年月中期，引入元素In和，使LED產(chǎn)生綠光λ=555n，黃p光〔λ =590n〕和橙光〔λ =610n，光效也提高到1流明瓦。p p80GaAlAsLEDLED的光效10流明/瓦。90年月初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種材LED2023年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)〔λ =615nm〕的光效到達100流明/瓦，而后者制成的pLED在綠色區(qū)域〔λ =530nm〕的光效可以到達50流明/瓦。p四、單色光LED的應用LEDLED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國原來是承受長壽命，低光效140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2023流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光90%200流明的紅光。而在設(shè)計的燈中，Lumileds公司承受18LED14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號燈也是LED1987上安裝高位剎車燈，由于LED響應速度快〔納秒級輛的司機知道行駛狀況，削減汽車追尾事故的發(fā)生。另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應用。五、白光LED的開發(fā)1998年發(fā)白光的LEDLED是將GaN封裝在一起做成。GaNλ=465nWd=30nCe3的YAGp熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光放射，峰值550nm。藍光LED基片安裝YAG200-500nm。LED基片發(fā)出的藍光局部被熒光粉吸取，另一局部藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對于InGaN/YAGLEDYAG熒光3500-10000K的各色〔如以下圖所示〕表一列出了目前白色LED的種類及其發(fā)光原理。目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍光單晶片加上YAG25流明/瓦，YAG2023元/公斤；其次種是日本住友電工亦開發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED，不過發(fā)光效率較差。從表中也可以看出某些種類的白色LED光源離不開四種熒光粉：即三基色稀土紅、綠、藍粉和石榴石構(gòu)造的黃色粉，在將來較被看好的是三波長光，即以無機紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉，用于封裝LED白光，估量三波長白光LED今年有商品化的時機。但此處三基色熒光粉的粒度要求比較小，穩(wěn)定性要求也高，具體應用方面還在探究之中。芯片激發(fā)源發(fā)光材料發(fā)光原理數(shù)芯片激發(fā)源發(fā)光材料發(fā)光原理數(shù)InGaN的藍光與YAG的黃光LEDInGaN/YAG混合成白光InGaN的藍光激發(fā)的紅綠藍LEDInGaN/熒光粉三基色熒光粉發(fā)白光1由薄膜層發(fā)出的藍光和在基LEDZnSe板上激發(fā)出的黃光混色成白光InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍LEDInGaN/熒光粉三基色熒光粉發(fā)白光LED將具有補色關(guān)系的兩種芯片2 InGaN、GaPLED封裝在一起，構(gòu)成白色LEDLED3 LEDLED

InGaNAlInGaP

將發(fā)三原色的三種小片封裝在一起，構(gòu)成白色LED多種光色的多個

InGaN、GaP 將遍布可見光區(qū)的多種光芯片封裝在一起，構(gòu)成白色LED AlInGaP

LED承受LED光源進展照明，首先取代耗電的白熾燈，然后逐步向整個照明市場進軍，將會節(jié)約大量的電能。近期，白色LED已到達單顆用電超過125流明，也增大了它的有用性。表二和表三列出了白色LED的效能進展。表年份LED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估量表三長遠進展目標LED輸入功率10瓦發(fā)光效能/瓦輸出光能1000流明/瓦六、業(yè)界概況在LED業(yè)者中，日亞化學是最早運用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長的高亮度LE，以及藍紫光半導體激光LaserDiod；L，是業(yè)界握有藍光LEDLED生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多根本專利后，堅持不對外供給授權(quán)，僅采自行生產(chǎn)策略，意圖獨占市LED局部日系LED業(yè)者認為，日亞化工的策略，將使日本在藍光及白光LED競爭中，逐步被歐美及其他國家的LED業(yè)者搶得先機，屆時將對整體日本LEDLED的研發(fā)生產(chǎn)。