1、1半导体 LED 的初步知 识 LED 发光二极管，是一种固 态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端 连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主 导 地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它 们之间就形成一个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候， 电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成 P-
2、N 结的材料决定的。50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保 护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。 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。
3、 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。 最初 LED 用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色交通信号灯 为例，在美国本来是采用 长寿命，低光效的 140瓦白炽灯作为光源，它产生 2000 流明的白光。 经红色滤光片后，光损失 90%，只剩下 200 流明的红光。而
4、在新设计的灯中，Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源，包括电路损失在内，共耗电 14 瓦，即可产生同样的光效。 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998 年发白光的 LED 开发成功。 这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。 GaN 芯片发蓝光（p=465nm， Wd=30nm），高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰 值 550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有 YAG 的树脂薄层，约 200-500nm。 LED 基片 发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄
5、光混合，可以得到得白光。现在，对于 InGaN/YAG 白色 LED，通 过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温 3500-10000K 的各色白光。这种通过蓝光 LED 得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。 上个世纪 60 年代，科技工作者利用半 导体 PN 结发光的原理，研制成了 LED 发光二极管。当时研制的 LED，所用的材料是 GaASP，其发光颜色为红色。 经过近 30 年的 发展， 现在大家十分熟悉的 LED，已能发出红、橙、黄、绿、 蓝等多种色光。然而照明需用的白色光 LED 仅在近年才 发展起来， 这里向读者介绍有关照明
6、用白光 LED。1 可见光的光谱和 LED 白光的关系。 众所周之，可 见光光 谱的波长范围为 380nm760nm，是人眼可感受到的七色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但 这七种颜色的光都各自是一种 单色光。例如 LED 发的红光的峰值波长为 565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色 电视机中的白色光也是由三基色黄、绿、蓝合成。由此可见，要使 LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可 见的光谱范围。但要制造这种性能的 LED，在目前的工 艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白
7、光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光黄色光）或三波长发光（蓝色光绿色光红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大 LED 制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光 LED 的推广应用，尤其是高亮度白光 LED 在我国的推广还有一个过程。22 白光 LED 的工艺结构和白色光源。 对于一般照明，在工艺结构上，白光 LED 通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝 光技术” 与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法采用 LED GaM 芯片
8、发蓝光（p 465nm），它和 YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光， 结果， 蓝光和黄光混合形成白光。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。3白光 LED 照明新光源的 应用前景。 为了说明白光 LED 的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为 12 24 流明瓦；荧光灯和 HID 灯的光效为 50120 流明瓦。对白光 LED：在 1998 年，白光 LED 的光效只有 5 流明瓦，到了 1999 年已达到 15 流明瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在 2000年时，白光 LED 的光效已达 25 流
9、明瓦， 这一指标与卤钨 灯相近。有公司 预测，到 2005 年，LED 的光效可达 50流明瓦，2009 年 2 月达到 90 流明瓦， 领先的 LED 企 业首尔半导体使用交流电源驱动的独自专利产品Acriche 在 2010 年 2 月份实现了 100lm/W 的高光效【转自 】，到 2015 年时，LED 的光效可望达到150200 流明瓦。那时的白光 LED 的工作电流便可达安培级。由此可见白光 LED 作为室内照明光源，技 术已经成熟，取代传统光源很快成 为现实。4 普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光 LED 作照明
10、，不 仅光效高，而且寿命长（连续工作时间 10000 小时以上），几乎无需 维护。目前，德国 Hella公司利用白光 LED 开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光 LED 作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光 LED 取代传统的道路照明灯。LED 光源具有使用低压电源、耗能少、适用性 强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色 发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被 认为是它将不可避免地代替 现有照明器件。LED 特点和优点1.体积小LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。2 耗电量低LED 耗电非常低，一般来 说 LED 的工作电压是 2-3.6V。工作电流是 0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过 0.1W。3 使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED 的使用寿命可达 10 万小时4 高亮度、低热量LED 是一种固态冷光源，不仅亮度高，而且 发热量低。5 环保LED 是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时 LED 也可以回收再利用。6 坚固耐用LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分， 这些特点使得 LED 可以说 是不易损坏的7 用途广泛LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。
