【正文】 激子再復(fù)合。 發(fā)光效率與材料是否為直接帶隙（ Direct Bandgap）有關(guān)，圖 2(a)是直接帶隙材料，包括 GaNInNAlN、 GaAs、 InP、 InAs及 GaAs等，這些材料的導(dǎo)帶最低點(diǎn)與價(jià)帶最高點(diǎn)在同一 K空間。 、按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在 10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管?！?20176。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射 劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。結(jié)構(gòu)如下圖它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 PN 結(jié)施加反向電壓時(shí)，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。圓形燈按直徑分為φ 2mm、φ 、φ 5mm、φ 8mm、φ 10mm及φ 20mm 等?！?45176。發(fā)光二極管自發(fā)性（ Spontaneous）的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。目前發(fā)光二極管用的都是直接帶隙的材料。目前要得到高功率 LED就是要得到非常高的自發(fā)輻射。用圖 7(b)所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（ DH： DoubleHetero Structure），可以提高效率。由圖可見， AlGaAs DH LED 及 AlGaInP DH LED 的 IV特性相近，效率 r=2 表示電流主要是用作發(fā)光的再復(fù)合， AlGaInN DH LED 則不同，低電流主要是隧道（ Tunnelling）電流，但是 AlGaInN SQW（單量子阱）低電流時(shí) r=2，高電 流時(shí)有高電阻。但在這個(gè)區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護(hù)，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會減小，而正向電流會加大。 正向電流 IF： 對于小功率 LED，目前全世界一致定為 20mA，這是小功率 LED的正常工作電流。參考一般的技術(shù)手冊中給出的工作電流范圍，最好在使用時(shí)不要用到最大工作電流。在 LED的 pn結(jié)上加上 IF當(dāng)光線入射角大于全反射角時(shí)，則光線100%被反射。 光的顏色的三種表示法 ： 國際照明委員會色品圖表示法 光的顏色鮮艷度 色溫或相關(guān)色溫 下面將逐一對其進(jìn)行介紹。 CIE1931色品圖 、 光的顏色鮮艷度 光的顏色鮮艷度必須用光的主波長 λd 和色純度來表示。一般應(yīng)用于配光曲線法向方向附近凹進(jìn)去的、質(zhì)量不好的單色管的檢測。 主波長示意圖 、 色溫或相關(guān)色溫 白光在照明領(lǐng)域的使用，一般用色溫或相關(guān)色溫表示（有時(shí)也用色坐標(biāo)表示）。F （華氏度 1176。例如在 下 圖的相對視敏函數(shù)曲線中，對于 850nm、 880nm、 940nm處的線外線，人眼根本看不到。 ? 流明效率 : 人眼受能見度限制，因此對于不同的 λp ，光有不同的最高流明效率： λp=555nm 時(shí)：最大流明效率（ Km）為 683lm/W； λp=470nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683= ； λp=460nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=450nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=660nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=650nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=620nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； 不同光源組成的白光，其最大流明效率因人眼能見度不同的原因而不同。 若光源射來的光線與測量面垂直，則 cosθ=1 。 光源的半強(qiáng)度角 、 LED的熱學(xué)指標(biāo) 、 熱阻 Rt h 在 LED點(diǎn)亮后達(dá)到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí)，芯片表面每耗散 1W的功率，芯片 pn結(jié)點(diǎn)的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻 Rth，單位為 ℃ /W。 中國電子科技集團(tuán)第十三研究所制造聽 NC2992 型半導(dǎo)體器件可靠性分析儀，可用于測試熱阻。通過此熱敏溫度系數(shù)，在恒定的偏置電流 IM 下，可將功率恒流脈沖施加前后的結(jié)電壓變化量 ΔVF 換算為相應(yīng)的結(jié)溫變化量。這對 LED是否有影響， 可以繼續(xù)展開實(shí)驗(yàn)來證明。這是衡量這批 LED器件質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。但是， LED 器件的壽 命與使用時(shí)系統(tǒng)的散熱條件、出光效率有直接關(guān)系。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，最后為綠色 ? 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)格相當(dāng)，而通常每組信號燈需由上 300～ 500只二極管構(gòu)成。根據(jù)人們對可見光的研究，人眼睛所能 見的白光，至少 需兩種光的混合，即二波長發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光）的模式。 缺點(diǎn)：一致性差、色溫隨角度變化。最好能制備出直徑 3~4nm 之間的球形的熒光粉。如果為了提高顯色指數(shù)，可采用藍(lán)光（ 460nm）、綠光 （ 525nm）、黃光 （ 580nm）、紅光 (635nm)組合，這種光的主波長配比可得到最佳的顯色指數(shù)（達(dá) 95 以上），光效可達(dá)35~40lm/W，最低色溫可做到 2700K。然而即使在傳播一定距離后，仍然只有中心區(qū)域才出現(xiàn)白光，也就是說中心區(qū)域以外的 區(qū)域仍然沒有 混合，并且發(fā)散角度比較大的光線在經(jīng)過傳播后遠(yuǎn)離中心，繼而造成發(fā)光效率降低。 幾種主要的白光 LED制作效果 LED 驅(qū)動 、 LED驅(qū)動器的要求 驅(qū)動器可以看作是向白光 LED供電的特殊電源，可以驅(qū)動正向壓降為 ~光 LED，并根據(jù)需要驅(qū)動串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的多個(gè)白光 LED，滿足驅(qū)動電流的要求。 ? 小尺寸封裝，并要求外圍組件少而小，使所占印制板面積小。 按 集成器件品種 分類 可以用作白光 LED驅(qū)動電 源的集成器件品種較多，大致分為 恒流源、電荷泵和開關(guān)電源三種類型 ： ? 恒流源 絕大多數(shù) LCD 背景照明裝置都配有亮度控制器以便使用中根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。不過目前多已改 用集成恒流源為白光 LED供電，可以消除電源電壓變動所造成的不利影響。 白光 LED 以恒流源供電有利于抑制電源電壓變動所造成的不利影響，目前也確有不少電流輸出型電荷泵電路可 供選用。此類典型的器件有 LM3354 型開關(guān)電容變換器， 其電源電壓范圍為 ~，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供選擇，用作白 光 LED驅(qū)動器時(shí)應(yīng)選擇 。 LCD背光裝置則大多采用 PWM電源為 LED供 電，以避免這一 “ 色偏 ” 問題。 過去認(rèn)為有電感的升壓式 DC/DC變換器可輸出較大的電流。 ? 在多個(gè)白光 LED并聯(lián)使用時(shí)，要求各白光 LED的電流相匹配，使亮度均勻。 三基色光混合的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 4） 多芯片集中封裝在一個(gè)器件中，熱量的散發(fā)會更加困難。同時(shí)考慮這幾個(gè)因素，進(jìn)行綜合 的實(shí)驗(yàn)來得到最好的效果，所以上述的只作為參考的比例，而不是固定的結(jié)論。因此 ，還需要盡快研制效率高、穩(wěn)定性好的熒光粉，以滿足半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的需要。 、熒光粉法原理 在 LED熒光粉 方面近幾年的發(fā)展非常迅速。 優(yōu)點(diǎn)：效率高、色溫可控、顯色性較好。例如 LED 發(fā)的紅光的峰值波長為 565nm。有時(shí)會使膠體變黃變濁，影響透光；有的會使膠玻化而破碎。但目前由于材料、制造技術(shù)等方面原因，市場上的 LED器件壽命只能達(dá)到2~3 萬小時(shí)。 、 其他相關(guān)指標(biāo) 、 防靜電（ ESD）指標(biāo) 做好的 LED器件要注意防靜電。在一定時(shí)間之后，開關(guān)再次切換至 “1” ，在 IM下測得 LED的正向電壓 VF2。 正向電壓法二極管熱阻測試示意圖 根據(jù) 上 圖，對被測 LED 施加一定的加熱功率 脈沖（恒流 IH），被測 LED的 pn結(jié)發(fā)熱。與 LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性 能及粘結(jié)時(shí)的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。當(dāng)光源的光強(qiáng)均勻時(shí)，向法線偏轉(zhuǎn)的周圍光強(qiáng)是原來一半時(shí)所夾的角應(yīng)當(dāng)都相等。 藍(lán)光 LED激發(fā)黃色 YAG熒光粉形成白光時(shí)，雖然輻射出的藍(lán)光能量有損失，但激發(fā)出黃光的最大流明比藍(lán)光要高好幾倍，所以人眼感覺的流明效率提高了。表征的符號為 φ ，國際通用的光通量單位為流明（ lm）。一般情況下，人們把高色溫稱為冷色調(diào)，把低色溫叫做暖色調(diào)。當(dāng)光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的這個(gè)溫度就稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。所 以，若色坐標(biāo)位于光譜軌道上，則色純度為 100%；反之，等能的白光純度則為 0%。由 E點(diǎn)連接 F點(diǎn)并延伸交于 G點(diǎn)，則 G點(diǎn)對應(yīng)的單色波長即稱為 F點(diǎn)光源的主波長 λd 。關(guān)于顏色的測理和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該符合人眼的觀測結(jié)果。溫度升高，藍(lán)光太強(qiáng)，非輻射現(xiàn)象增加，藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的效率下降。 以上 兩 種原因使 pn結(jié)發(fā)射出的光子總能量小于加在 pn結(jié)上的電能（即 IF 反向擊穿電壓 VR： 一般要求反向電流為指定值的情況下可測試反向電壓 VR，反向電流一般為 5~100μA 之間。 工作時(shí)的耗散功率 PD： 即正 向電流乘以正向電壓。在 1990~1995年，反向電流定為 10μA ， 1995~2020年為 5μA ；目前一般是在 3μA 以下，但基本上是 0μA 。我們分別對圖中 所示的各段進(jìn)行說明。用量子阱可以得到小的臨界電流（ Threshold Current），同時(shí)量子阱的材料可以改變晶格不匹配以產(chǎn)生壓縮性或者伸張性應(yīng)變（ Strain），這些應(yīng)變可以改變波長并減少臨界電流。圖 6所示的是pn 結(jié)能帶，其中，圖 6(a)表示在平衡狀態(tài)，圖 6(b)表示在正向偏壓時(shí)，圖 6(c)表示在注入高密度電流時(shí)的電子與空穴復(fù)合產(chǎn)生光的情況，至于不發(fā)光的復(fù)合，則有通過禁帶中央深能級（ Deep Trap Center）的復(fù)合以及在晶體中產(chǎn)生的熱能損失。 上述的 “ 復(fù)合 ” 是由于本身內(nèi)部（ Intrinsic）產(chǎn)生的，但是假設(shè)將雜質(zhì)（ Impurity）摻入半導(dǎo)體，則會在帶隙中產(chǎn)生施主（ Donor）及受主 （ Acceptor）的能級，因此又可能產(chǎn)生不同的復(fù)合而發(fā)出光如圖 4所示。雖然 Ⅱ Ⅵ 族材料也可以得到紅光和綠光，但是這族材料極為不穩(wěn)定，所以目前使用的發(fā)光材料大部分是 Ⅲ Ⅴ 族。 、按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。半值角為 5176。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。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 LED。國外通常把φ 3mm 的發(fā)光二極管記作 T1；把φ 5mm的記作 T 1（ 3/4）；把φ 的記作 T1（ 1/4）。 ? 散射型 這是視角較大的指示燈，半值角為 45176。一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，多以 Ⅲ Ⅴ 、 Ⅱ Ⅵ 族化合物半導(dǎo)體為材料。 在直接帶隙材料中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，其發(fā)光躍遷（ Radiative Transition）有多種可能性，如圖 3所示。 圖 6所示為發(fā)光二極管 pn結(jié)（ Junction）的能帶結(jié)構(gòu)， p型半導(dǎo)體是摻雜了受主雜質(zhì)，而 n型則是摻雜了施主雜質(zhì)，將兩種材料放在一起即得到 pn結(jié)。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中， pn結(jié)材料與中間活性層（ Active Region）的材料不同，帶隙較高，可以得到較高的折射率之差，所輻射的光不但強(qiáng)而且半高寬較窄，如圖 7(b)所示，所以此種結(jié)構(gòu)已完全取代同質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖 10所示是可見光 LED的發(fā)展史，自 1970年左右開始紅光 LED的光功率不斷上升，但是藍(lán)光 LED的特性到 1992年后才 突飛猛進(jìn)。如果沒有保護(hù)電路，會因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。但目前出現(xiàn)了大功率 LED的芯片，所以 IF就要根據(jù)芯片的規(guī)格來確定正向工作電流。要根據(jù)散熱條件來確定，一般只用到最大電流 IFM的 60%為好。VF 電能后，可以轉(zhuǎn)變成光功率輻射出來，在輻射光的過程中產(chǎn)生能量損失的原因有以下幾種： 正向電壓 VF下，載流子（電子 空穴）在 pn 結(jié)中復(fù)合發(fā)射出光子，會造成能量損失。 激發(fā)過程的能量損失 對于白光 LED，由于用藍(lán)光激發(fā)黃色 YAG 熒光粉，因此其激發(fā)過程中也存在能量損失 .藍(lán)光對黃色 YAG 熒光粉并非 100%激發(fā)，這與黃色 YAG熒光粉的顆粒大小和均 勻度有關(guān)系。 、 國際照明委員會色品圖表示法 ： 國際照明委員會（ CIE）于 1931年研究提出了 XYZ色品圖， 1960年又在 XYZ色品圖的基礎(chǔ)上提出了 UCS 色品圖。目前， LED芯片供應(yīng)商都是用主波長 λd 來表示鮮艷度，而不用峰值波長 λp 來表示。 ? 色純度 Pe：如圖 2所示， Pe=EF/EG。光源的顏色有兩方面的意思，即色表和顯色性。F= ）以上時(shí)輻射出的顏色與蠟燭點(diǎn)亮?xí)r發(fā)射光的顏色相同，那么鎢絲 2020176。 相對視敏函數(shù)曲線