led相关知识

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1、ledled 相关知识相关知识一、 LED 基本介绍 LED 发光原理：LED 是英文 light emitting diode 的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。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。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）

2、 ，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。打个比方，LED 就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼” ，而上下的电极就是夹肉的面包。而通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED 元件，但是无论怎么变化，LED 总的发光原理和结构都没有发生太大的变化。制造 LED 的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制 LED 所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历史上第一个 LED 所使用的材料是砷(As)化镓(Ga) ,其正向 PN 结压降(VF，可以理解为点亮或工作电压)为 1.424V，发出的光线为

3、红外光谱。另一种常用的 LED 材料为磷(P)化镓(Ga)，其正向 PN 结压降为 2.261V，发出的光线为绿光。基于这两种材料，早期 LED 工业运用 GaAs1-xPx 材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的 LED，下标 X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过 PN 结压降可以确定 LED的波长颜色。其中典型的有 GaAs0.6P0.4 的红光 LED，GaAs0.35P0.65 的橙光 LED，GaAs0.14P0.86 的黃光 LED 等。由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些 LED 为三元素发光管。而 GaN（氮化镓）的蓝光 LED 、GaP 的绿

4、光 LED 和 GaAs红外光 LED，被称为二元素发光管。而目前最新的工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca) 、铟(In)和氮(N)四种元素的 AlGaInN 的四元素材料制造的四元素 LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生。除此之外还有在蓝光 LED 上涂上荧光粉，将蓝光转化成白光的白光 LED。 LED 制作材料通常为砷、磷、镓等 - 族元素，制作过程包括上游的晶圆制作、磊晶成长，中游的扩散制程、金属蒸镀、晶粒制作，以及下游的产品封装及应用市场等。LED 特性：冷性发光不产生热，

5、元件寿命长 ( 十万小时以上 ) 、反应速度很快、体积小、功耗小、适合量产。 二、 LED 光源的优点作为一种出现时间最晚的照明技术，LED 的优点不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等传统光源，因此自 60 年代诞生以来，得到了长足的发展和应用。而相对于白炽灯、荧光灯等老一代发光设备，LED 的优点主要体现在以下几个方面：1.LED 在结构上没有玻璃外壳，不需要想白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体，因此抗震、抗冲击性良好，给生产、运输、使用各个环节带来便利。2.LED 元件的体积可以做的非常小，更加便于各种设备的布置和设计。3.LED

6、的发出的光线能量集中度很高，集中在较小的波长窗口内，纯度高。4.LED 元件的寿命非常长，普遍在 5 万-10 万小时之间，即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。5.LED 响应时间非常快，在微秒级别。6.LED 的发光指向性非常强，亮度衰减比传统光源低很多。7.LED 在生产过程中不要添加“汞” ，非常环保。8.LED 使用低压直流电即可驱动，对使用环境要求较低。LED 发光设备的这些优点，不仅为其在日常照明领域的广泛应用奠定了坚实基础，也为 LED 进入显示设备领域打造了一条充满希望的道路。不过，LED 并不是从一开始就拥有如此之多的优势，也是经过了一段较长时间的发展，下面我们就去看看

7、LED 从诞生到现在所经历过的发展变迁之路。三、 LED 照明技术的发展历程在 LED 刚刚出现的时候，其发光的颜色和效率都比较低。当时主要使用的发光材料是“GaAsP” ，驱动电流在 20mA，只能发出红色的光，而且发光效率只有.流明/瓦，因此亮度仅仅能够满足一些仪表、电器上的指示之用，并没有得到广泛的使用和注意。LED 发展回顾而在随后的几十年里，一些新的发光材料被逐步引入到 LED 当中，LED 逐渐开始显露出强劲的发展后劲。在 70 年代中期，通过引入元素 In 和 N，使得 LED 可以发出波长为 555 纳米的绿光、波长为 590纳米的黄光和波长为 610 纳米的橙光，同时发光效率

8、也提高到了 1流明/瓦。到了 80 年代初，又出现了使用 GaAlAs 的 LED 光源，使得红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦。而进入 90 年代后，能发出红光、黄光的 GaAlInP 和发出绿光、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成功，使 LED 的光效得到大幅度的提高。在 2000 年，前者做成的 LED 在红、橙色光区域（波长 615 纳米左右）的光效达到 100 流明/瓦，而后者制成的 LED 在绿色区域（波长为 530 纳米）的光效也可以达到 50 流明/瓦。不仅超过了传统的白炽灯，而且和发光效率较高的荧光灯已经非常接近。而按照材料科学的发展速度，发光效率能达到 200 流

9、明/瓦的 LED 也将在较快的时间内问世四、 白光 LED 的发光原理而在 LED 发光技术的发展史上，白光型 LED 的出现，则成为 LED 进入快速发展阶段的重要突破。在上世纪末，受到荧光灯发光原理的启发，LED 厂家通过在高亮度蓝光 LED 管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光的 LED 发光元件。此外，通过采用不同的荧光粉，可发出色温为 450010 000K 多种白光 LED，也让白光 LED具备了成为新一代照明设备的能力。目前，白光 LED 的发光效率大都已超过 30 流明/W，某些产品已超过 50 流明/W 的水平，具备了正式大规模实用化的基础。 白炽灯、荧光灯和 LED

10、 灯光效率的发展趋势经过这么多年的发展，LED 照明发光技术已经便成为一种相对成熟的事物，市面上不仅有能发出各种色彩的 LED 产品，也出现了大量可以用于直接照明的 LED 产品，此外，在显示领域，LED 产品也经历了从单色到彩色，从低分辨的文字到高分辨率图像显示的进化过程，正在日益影响着我们的生活和工作。1.什么是白光 LED？对于普通照明而言，人们需要的主要是白色的光源。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

11、后发出黄色光，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。白光就是有各种颜色光组成的,平常的太阳光,日光灯都属于白光白光是由可见光（红橙黄绿蓝靛紫）和不可见光（微波 无线电波 红外线 紫外线 X 射线 r 射线等）共同混合组成的光2.当前制造白光 LED 的主流方法是什么？目前，LED

12、实现白光的方法主要有三种：a.通过 LED 红绿蓝的三基色多芯片组和发光合成白光。优点：效率高、色温可控、显色性较好。缺点：三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。b.蓝光 LED 芯片激发黄色荧光粉，由 LED 蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉。优点：效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。缺点：一致性差、色温随角度变化。c.紫外光 LED 芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。优点：显色性好、制备简单。缺点：目前，LED 芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉温度稳定性问题有待解决五、 LED 技术在

13、显示领域的应用 LED 的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等各大领域。1 、汽车部分：以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部 ( 第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等 ) ，目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系 列采用高亮度 LED ，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度 LED ，其他各车厂新车，也在陆续采用。若再加上前后车灯、刹车灯，交通标志等，与交通有关 的市场，商机非常庞大。在交通标志灯市场方面，全球约有 2000 万座交通标志灯，若每年更新 200 万座，商机可延续 10 年。

14、2 、背光源部分：主要是手机背光光源方面，是 SMD 型产品应用的最大市场。虽然近两年手机的增长速度已明显趋缓，但全年仍有 4 亿支水准，以 1 支手机要 LED 背 光源 2 颗、按键 6 颗 SMD LED 计，一年保守 4 亿支手机需求约 32 亿颗 LED 。最近韩国蓝色背光手机风潮，使蓝光 LED 的市场供不应求，显见手机在 LED 应用市场中仍占有举足轻重的地位。继蓝光手机后，目前市场已是彩屏手机 天下。以往彩屏手机是极高端产品，不过今年主要零组件价格下滑，使得彩屏手机和单色手机的价差缩小，加上厂商的大力促销，手机的换型潮悄然发生。由于 LED 的优良发光特性，LED 元件不仅可以

15、做成直接显示的设备，近年来，LED 也被逐渐引入到现有的平板显示技术中，特别是液晶显示技术，非常有可能下一个被 LED 所垄断的产业。LED 背光源的色彩饱和度较佳，响应时间极快，漏光效果较弱。如果通过增加对比、进行区域控制等手段，性能要大大优于冷阴极荧光灯（CCFL） 。而且冷阴极荧光灯含有汞等有害物质，LED 相较之下更具环保优势。LED 已经在很多移动设备所使用的小尺寸面板中普及。而笔记本电脑和液晶电视等大尺寸面板用背光源将是 LED 产业下一个重量级应用。目前 LED 技术在液晶领域的应用，主要是利用 LED 发光元件替代以前的 CCFL 荧光灯光源，作为液晶显示设备的背光源。而如果要

16、再次细分的话，又可以按照 LED 发出的光源色彩，分成白光 LED 背光源和 RGB-LED 背光源两种。a.白光 LED 背光源技术在上文中，我们曾经提到过 LED 在发展过程中的突破之一就是实现了可发出白色光的目标。在液晶显示设备的成像原理中，背光源发出的白光，经过液态晶体层后，再通过 R/G/B 彩色滤光膜，变成独立的原色。在这一过程中，决定最后液晶显示设备色彩的关键并不是液态晶体层，而是背光源的发光质量。背光源的光谱中 RGB 每种原色光的纯度越高，在最后才能还原出越纯正的原色，只有还原出纯正的 RGB 三原色，才能调配出纯正而且真实的色彩效果。传统的 CCFL 光源在发光质量上并不理想，因此还原不出非常纯正的色彩，用色域范围来衡量的话，一般就在 NTSC 等比的 72%左右，即使是通过采用改进型的 CCFL 光源，也只能达到 NTSC 等比 90%左右的色域范围，这就造成现实世界中鲜艳、真实的色彩无法在液晶电视上还原，从而影响了图像质量。而通过采用高发光质量的白色LED 背光源，液晶电视的色域范围可以轻松达到 NTSC 等比 100%左右，对色彩效果提升作用明显。