【文章內(nèi)容簡介】 11 LED 發(fā)光原理圖 為了獲得高的發(fā)光效率，需要保證以下幾點(diǎn)：無輻射復(fù)合的壽命要長于輻射復(fù)合的壽命，為此需要提高少子的密度；要使晶體中的缺陷密度盡可能少而使注入的載流子密度高，一般是把帶隙寬度小的發(fā)光層夾到禁帶寬度大的層內(nèi)，制成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖 12 所示。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度 Eg 有關(guān)，即 1240/ Eg?? （ nm） ，式中 Eg 的單位為電子伏特（ eV），若能產(chǎn)生可見光（波長在 380nm 紫光～ 780nm 紅光），半導(dǎo)體材料的 Eg 應(yīng)在 ～ 之間。目前已開發(fā)出發(fā)射紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光的發(fā)光二管，其中藍(lán)光二極管是近來人們研究的重點(diǎn)，它具有輸入功率大、發(fā)光亮度高、易于轉(zhuǎn)換得到白光等優(yōu)點(diǎn)，是大功率發(fā)光二極管的主要代表。 LED 的優(yōu)點(diǎn) LED 是一種新型的光源，目前廣泛用于指示性照明和特種照明市場(chǎng)上，隨著性能的不斷提高，正向通用照明光源的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)人工照明光源相比，LED 照明光源具有很多優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮螅? A 發(fā)光效率高：基于特別的材料構(gòu)成，在電子轉(zhuǎn) 移的過程中， LED 釋放的能量主要集中在可見光范圍內(nèi)，不像鎢絲燈發(fā)出的電磁能很多集中在紅外線區(qū)，令人感覺到非常熱。也就是說，理論上 LED 幾乎能把所有的電能都轉(zhuǎn)化為光能，而白熾燈的可見光效率僅為 1020%?，F(xiàn)在商品化的 LED 的發(fā)光效率已超過 35流明每瓦，這幾乎是鎢絲燈泡的兩倍。 B 光線質(zhì)量高：由于光譜中幾乎沒有紫外線和紅外線，故沒有輻射，產(chǎn)生的熱量很小， LED 屬于典型的綠色照明光源。 C 光色純：與白熾燈全頻段光譜不同，典型的 LED 光譜狹窄，發(fā)出的光線很純。 D LED 光源顏色豐富：既有白色的 LED，也有發(fā)各種 單色光的 LED，而且顏色飽和度高，在需要色光的場(chǎng)合，不再需要用濾色片來進(jìn)行濾光，有利于節(jié)約電能。 E 能耗?。簡误w LED 的功率一般在 ，通過集群方式可以量體裁衣地滿足不同的需要，浪費(fèi)很少。 F 壽命長：目前光通量衰減到 70%的標(biāo)稱壽命為 10 萬小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白熾燈的 1500 小時(shí)和熒光燈的 1 萬小時(shí)。 G 可靠耐用：沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，非正常報(bào)廢的可能性很小，維護(hù)費(fèi)用極為低廉。 H 應(yīng)用靈活：體積小，可平面封裝，易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品，目前封裝后 LED的厚度可小于 1mm，易于做成點(diǎn)、線、面等各種形式 的具體應(yīng)用產(chǎn)品。 I 綠色環(huán)保：廢棄物可回收，沒有污染，不像熒光燈含有汞等有害成分。 LED 的發(fā)展與分類 最早應(yīng)用半導(dǎo)體 PN 結(jié)發(fā)光原理制成的 LED 光源問世于 20 世紀(jì) 60 年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是 GaAsP，發(fā)紅光（ λ p=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為 20 毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約 lm/W。 70 年代中期，引入元素 In 和 N，使 LED 產(chǎn)生了綠光（ λ p=555nm）、黃光（ λ p=590nm）和橙光（ λ p=610nm），光效也提高到 1 lm/W。到 80 年代初，出現(xiàn)了 GaAlAs 的 LED光源，使得紅色 LED 的光效達(dá)到 10lm/W。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，隨著氮化物L(fēng)ED 的發(fā)明， LED 的發(fā)光效率有了質(zhì)的飛躍，而組成白光的重要原色藍(lán)光，也 1 引 言 3 在 1992 年由日本著名 LED 企業(yè)日亞化學(xué)的中村修二發(fā)明 [7]。這樣整個(gè)可見光波譜內(nèi)的單色 LED 已經(jīng)完整，能夠滿足各種單色發(fā)光的應(yīng)用場(chǎng)所。 A．發(fā)光顏色 從出光顏色上可分成紅色、橙色、綠色 (又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠 )、藍(lán)光、白光等。 B．按發(fā)光強(qiáng)度分 按發(fā)光強(qiáng)度分有普通亮度的 LED(發(fā)光強(qiáng)度 100mcd)，高亮度 LED(發(fā)光強(qiáng)度 l00mcd)，發(fā)光強(qiáng) 度在 10000mcd 以上的稱超高亮度發(fā)光二極管。 C．按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為 φ 2mm,φ ,φ 5mm,φ 8mm,φ 10mm 及 φ20mm 等。人們通常把 φ 3mm 的 LED 記作 T1，把 φ 5mm 的記作 T1(3/4)。 D．按發(fā)光強(qiáng)度角來分 從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三種：高指向型，標(biāo)準(zhǔn)型和散射型。高指向型一般為尖頭形環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑，半強(qiáng)度角為 50200或更小，具有很高的指向性，可作局部 照明光源用；標(biāo)準(zhǔn)型的半強(qiáng)度角為 200450，通常作指示燈用；而散射型的半強(qiáng)度角為 450900 或更大，散射劑的量較大。 LED 照明現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) LED 的研制起始于上世紀(jì)六十年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其出光顏色的種類、芯片尺寸、發(fā)光效率、輸入功率和封裝結(jié)構(gòu)等都有了很大的飛躍。最初， LED的發(fā)光量很小，主要采用支架式封裝，應(yīng)用于電子電氣、自動(dòng)化系統(tǒng)、家用電氣和交通運(yùn)輸工具等上面作指示性照明。進(jìn)入 90 年代，隨著 LED 制造材料的革新、工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的提高， AlGaInP 等超高亮度 LED 逐漸進(jìn)入市場(chǎng) 并占據(jù)重要地位。 1998 年，藍(lán)色和白光 LED 研制成功， LED 照明進(jìn)入了實(shí)施階段。此后國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)高亮度 LED 器件中存在的散熱、光衰和顯色指數(shù)的控制等重大問題進(jìn)行了深入的研究，獲得了很大的進(jìn)步，其發(fā)光效率迅速提高，高亮度LED 顯示出在照明領(lǐng)域的巨大潛力。 大功率 LED 的研發(fā)計(jì)劃 如上所述， LED 照明光源具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，特別是自 1998 年白光 LED 發(fā)明后，人們認(rèn)識(shí)到了大功率白光 LED 在普通照明領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?，紛紛加大研究投入，從而掀起了了一?chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命 —— 照明革命，其標(biāo)志是半導(dǎo)體燈逐步 替代白熾燈和熒光燈?？茖W(xué)界預(yù)測(cè)，到 2020 年，光電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值水平； 2020 年至 2020 年，光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，成為 21 世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)，并成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國力的重要標(biāo)志。因此各國紛紛制定了相應(yīng)的扶持發(fā)展半導(dǎo)體照明的計(jì)劃：日本于 1998 年在世界率先開展 “ 21 世紀(jì)照明 ” 計(jì)劃，旨在通過使用長壽命、更薄更輕的 GaN 高效藍(lán)光和紫外 LED，使得照明的能量效率提高到傳統(tǒng)熒光燈的兩倍，減少 CO2 的產(chǎn)生，并在 2020 年完成用 LED 替代 50%的傳統(tǒng)照明光源的目標(biāo) [9]。整個(gè)計(jì)劃的財(cái) 政預(yù)算為 60 億日元。從 19982020 年，耗資 50 億日元的第一期目標(biāo)已經(jīng)完成。現(xiàn)在，日本正在實(shí)施第二期計(jì)劃，計(jì)劃到 2020 年將 LED 的發(fā)光效率提高