【2017年整理】LED灯发光原理及发展简史.docxVIP

LED灯具发展简史及基本常识 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 LED结构以及发光原理 　　LED（Light Emitting Diode），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。HYPERLINK /hy/LED \t _blank LED的心脏是一个半导体的晶片， 即发光二极管。 晶片的一端附在一个支架上，一端是HYPERLINK /hy/è′???? \t _blank 负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被HYPERLINK /hy/??ˉ?°§???è?? \t _blank 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HYPERLINK /hy/??μ?-? \t _blank 电子。但这两种HYPERLINK /hy/????ˉ???? \t _blank 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-N结的材料决定的。 　　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HYPERLINK /hy/?????? \t _blank 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。 汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。 　　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（λp=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HYPERLINK /hy/é????? \t _blank 黄光混合，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用白光ＬＥＤ。 LED用途介绍 　　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３８０ｎｍ～７６０ｎｍ，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红、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。 　　２． 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。第一种方法产生白光的系统如图１所示，图中ＬＥＤ ＧａＭ芯片发蓝光（λｐ＝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（