LED发光二极管文档格式.docx
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空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向pn
结。
当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放出能量。
它所发出的光的
波长，及其颜色，是由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决定。
由于硅和锗是间接禁带材料，在这些材料中电子与空穴的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，所以硅和锗二极管不能发光。
发光二极管所用的材料都是直接禁带型的，这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量。
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_也/Aism两种常见LED光源的剖面图
两种常见LED光源的剖面图
（2）
在发展初期，采用砷化镓（GaAs）的发光二极管只能发出红外线或红光。
随着材料科学的进步，人们已经制造出可发出更短波长的、各种颜色的发光二极管。
以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色:
铝砷化稼（AIGaAs）-红色及红外线
铝磷化稼（AIGaP）-绿色
高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色
aluminiumgalliumindiumphosphide（AIGalnP）-
磷砷化稼（GaAsP）-红色，橘红色，黄色
I三种不同颜色的LED
磷化稼（GaP）-红色，黄色，绿色
氮化镓（GaN）-绿色，翠绿色，蓝色
铟氮化稼（InGaN）-近紫外线，蓝绿色，蓝色
碳化硅（SiC）（用作衬底）-蓝色
硅（Si）（用作衬底）-蓝色（开发中）
蓝宝石（AI2O3）（用作衬底）-蓝色
zincselenide（ZnSe）-蓝色
钻石（C）-紫外线
氮化铝（AlN）,aluminiumgalliumnitride（AlGaN）-波长为远至近的紫外线
发光二极管-蓝光与白光LED
用GaN形成的蓝光LED1993年，当时在日本NichiaCorporation（日亚化工）工作的中村修二（ShujiNakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化稼（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990
年代后期得到广泛应用。
理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白光，但现在的白光LED却
很少是这样造出来的。
现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED（near-UV,波长450nm至470nm）上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的YttriumAluminumGarnet（Ce3+:
YAG）晶体磨成粉末后混和在一
种稠密的黏合剂中而制成的。
当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光
谱中心约为580nm）的主要为黄色的光。
（实际上单晶的掺Ce的YAG被视为闪烁器多于磷光体。
）由于黄光会
刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作月光的
白色”这种制作白光LED的方法是由NichiaCorporation所开发并从1996年开始用在生产白光LED上。
若要调校淡黄色光的颜色，可用其它稀土金属铽或钆取代Ce3+:
YAG中掺入的铈（Ce），甚至可以以取代YAG中的部
份或全部铝的方式做到。
而基于其光谱的特性，红色和绿色的对象在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。
另外由于生产条件的变异，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。
另一个制作的白光LED的方法则有点像日光灯，发出近紫外光的LED会被涂上两种磷光体的混合物，一种是发
红光和蓝光的铕，另一种是发绿光的，掺杂了硫化锌（ZnS）的铜和铝。
但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂裂
化变质，所以生产难度较高，而寿命亦较短。
与第一种方法比较，它效率较低而产生较多热（因为StokesShift
前者较大），但好处是光谱的特性较佳，产生的光比较好看。
而由于紫外光的LED功率较高，所以其效率虽比较
第一种方法低，出来的亮度却相若。
最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。
新的做法是在硒化锌（ZnSe）基板上生长硒化锌的磊晶层。
通电
时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。
发光二极管-其它颜色
近期开发出来的LED颜色包括粉红色和紫色，都是在蓝光LED上覆盖上一至两层的磷光体造成。
粉红色LED用的第一层磷光体能发黄光，而第二层则发出橙色或红色光。
而紫色LED用的磷光体发橙色光。
另外一些粉红
色LED的制造方法则存在一定的问题，例如有些粉红
色LED是在蓝光LED涂上荧光漆或指甲油，但它们有机会剥落；
而有些则用上白光LED加上粉红色磷光体或
染料，可是在短时间内颜色会褪去。
价钱方面，紫外线、蓝色、纯绿色、白色、粉红色和紫色LED是较红色、橙色、绿色、黄色、红外线LED贵的,
所以前者在商业用途上比较逊色。
发光二极管是封装在塑料透镜内的，比使用玻璃的灯泡或日光灯更坚固。
而有时这些外层封装会被上色，但这只
是为了装饰或增加对比度，实质上并不能改变发光二极管发光的颜色。
发光二极管-有机发光二极管，OLED
结合蓝色、黄绿（草绿）色，以及高亮度的红色LED等三者的频谱特性曲线，三原色在FWHM频谱中的频宽约
24奈米一27奈米。
主条目：
有机发光半导体
有机发光二极管所用的物料是处结晶状态有机分子或高分子材料，而由后者制成的LED具有可弯曲的特性。
和
传统的发光二极管相比，OLED的亮度更高，将来可望应用于制造平价可弯曲显示屏、照明设备、发光衣或装饰
墙壁。
2004年开始，OLED已广泛应用于随身MP3播放器。
发光二极管-运作参数和效率
一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。
在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。
这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固
定在金属铁片上，以助散热。
在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现，而其效率大约是每瓦18至22
流明。
2003年九月，Cree,lnc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。
他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最光的白光LED。
在2005年他们展示了一款白光LED原型,在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。
今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。
但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED数组安放在屏幕上，用以制造彩色显示屏。
发光二极管-散热方法
目前LED的发光效率还是比较低，从而引起结温升高，寿命降低。
为了降低结温以提高寿命就必须十分重视散
热的问题。
LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器，每一个环
节都要给于充分的注意。
任何一个环节设计不当都会引起严重的散热问题。
微槽群相变冷却技术是依靠技术手段（如设备结构：
微槽等手段）把密闭循环的冷却介质（若介质为水）变为纳
米数量级的水膜，水膜越薄，遇热蒸发能力越强，潜热交换能力越强，大
功率电子器件的热量被蒸气带走。
冷却器的组成：
系统主要由四部分组成，即取热器、冷凝器、输送管路、取热介质（如水、乙醇等）。
工作原理：
在毛细微槽群复合相变取热器内表面加工许多微槽道，形成微槽群结构，利用微细尺度复合相变强化换热机理，实现在狭小空间内，对小体积的高热流密度及大功率的器件的高效率地取热。
毛细微槽群复合相变取
热器取出的热量由蒸汽经蒸汽回路输运到远程的高效微结构凝结器中，在微结构冷凝器内微细尺度凝结槽群结构
表面上进行高强度微尺度蒸汽凝结放
热。
冷凝器凝结所释放的热量可迅捷地扩散到微细尺度凝结槽群结构表面，并经壁面向外传导到微结构冷凝器的
外壁的肋表面上，通过与外界环境进行对流换热将热量释放到环境中
去。
凝结液通过凝结液体回路，在压力梯度作用流回到微槽群复合相变取热器。
从而实现系统自身取热与放热的
高效率、无功耗的封闭循环，达到器件冷却的目的。
微槽群复合相变
取热器的取热面与电力电子器件紧密接触，其内表面刻有许多复合相变微槽道，集成为复合相变微槽群。
微槽群
复合相变取热器中有少量的具有一定汽化潜热的液体工质。
液体工质
在微槽群自身结构所形成的毛细压力梯度的作用下沿微槽流动，同时在微槽中形成扩展弯月面薄液膜蒸发和厚液
膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程，使液体工质
变成蒸汽，利用汽化潜热带走电力电子器件工作时产生的巨大热量，从而将器件的工作温度降低并控制在理想的
范围内。
微槽群复合相变冷却系统由小尺寸取热元件（微槽群复合相
变取热器）、热量及流体输运管路、远程放热元件（远程微结构凝结器）部分构成。
其中，热量及流体输运管路包括输运热量的蒸汽回路和输运凝结液的凝结液回路两部分，分别将
微槽群复合相变取热器和远程微结构凝结器连接起来，形成一个对外封闭的微负压循环系统。
微槽群复合相变取
热器取出的巨大热量由蒸汽在系统的蒸发与凝结压差作用下经蒸汽
回路输运到远程微结构凝结器中，在微结构凝结器内腔中的微细尺度凝结槽群结构表面上进行高强度微尺度蒸汽凝结放热。
蒸汽凝结所释放的热量由微细尺度凝结槽群结构表面经壁
面向外传导到微结构凝结器外壁的肋表面上或外壁上的冷却水通道群中（注：
微结构凝结器壁面将外界环境和冷
却水与微结构凝结器内部隔开，外界环境和冷却水与微结构凝结器中
的凝结液不接触），通过与外界环境进行的空气（自然或强制）对流换热或与冷却水通道群中的冷却水进行单相强制对流换热，最终散失到外界环境中。
而凝结液则通过凝结液回路，
借助于重力和系统微细尺度槽群结构所产生的压力梯度作用，流回到微槽群复合相变取热器中。
从而整个系统按
照由微槽群复合相变取热器、蒸汽回路、远程微结构凝结器、凝结液
回路再回到微槽群复合相变取热器的顺序形成一个具有工质单向性流动的、液一汽一液相变取热和放热模式的无
功耗循环（被动式循环），达到使发热的大功率电力电子器件冷却的
目的。
发光二极管-几种错误的尝试法
最共同的方式为LEDs（和二极管lasers）失败是逐渐降低效率光输出和损失。
但是，突然的失败可能发生当活跃区
域的退化well.The机制，辐射性再结合发生，介入脱臼生核和成长；
这要求一个现有的瑕疵的出
现在水晶和被热、高电流密度，和散发的光加速。
砷化镓和铝砷化镓是易受这个机制比砷化镓磷化物、铟砷化镓
磷化物，和铟磷化物。
由于活跃地区、镓氮化物和铟镓氮化物的不同的物产是实际上厚脸皮的对这种瑕疵；
但是,高电流密度可能导致原
子的电移在活跃地区，导致脱臼和点瑕疵诞生，作为nonradiative再结合中心和导致热外面代替光。
致电离辐射可能导致创作的这样瑕疵，导致问题以辐射硬化电路包含LEDs（即在optoisolators里）。
早期的红色LEDs经常是著名的至于他们短的lifetime.WhiteLEDs使用一个或更多黄磷。
黄磷倾向于贬低以热并
且年龄，丢失的效率和导致变化在导致的光color.High电流上在被举起的温度可能导致金属原子扩散从电极入活
跃区域。
一些材料，著名地铟罐子氧化物和银,是依于电移。
在某些情况下，特别是与GaN/InGaN二极管,障碍金属层数使用妨害电移作用。
机械重音，高潮流，并且腐蚀性环境可能导致颊须的形成，导致短的circuits.High力量LEDs是易受
当前拥挤，电流密度的nonhomogenous发行在连接点。
这也鸟伬P地方化的热点的创作，形成热量逃亡风险。
Nonhomogenities在基体，导致导热性地方化的损失，加重情况;
最共同那些是空隙由电移作用和Kirkendall无效造成由残缺不全焊接，或。
热量逃亡是LEDfailures.Laser二极
管的同道会也闭0依于灾难光学损伤，当光输出超出一个重要水平并且熔化塑料包裹facet.Some材料倾向于染
黄当服从对热的起因，导致部份效率吸收（和因此损失）受影响的wavelengths.Sudden失败由热量重音经常造成。
发光二极管-使用LED的权衡考虑近看一颗典型的LED，可以看到其内部结构。
不同于白炽电灯泡，白炽灯不管电流的极性，但LED有单向导电性。
当电流从p-n结方向正向流动时，成为正向偏置。
如果电流是反向流过PN结,称为反向偏置，只能通过很少的电流，并且不会发光。
LED可能接在交流电中使用，但他们只会点亮正面电压，导致LED转动断断续续闪动，以AC的频率闪亮。
发光二极管-已知的LED应用列表
其中一些应用在以下文本进一步详尽阐述。
■发光二极管
LEDs使用作为情报显示以嵌入系统的各种各样的类型：
Status显示
continuity显示在紧急车的Light酒吧。
Thin，轻量级信息显示在机场和火车站和当火车、公共汽车、电车和轮渡的目的地显示。
Red或黄色LEDs在必须保留夜视的环境里用于显示和字母数字显示器：
飞机座舱、潜水艇和航运船桥，天文观
测所，和领域的，即夜间动物观看和军事野外使用。
Red、黄色、绿色和蓝色LEDs可以为模型铺铁路的应用使用
to传送数字信息：
发光二极管
电视的，录象机等等Remote控制，使用红外LEDs。
In光纤通信。
红色或黄色LEDs在必须保留夜视的环境里用于显示和字母数字显示器：
飞机座舱、潜水艇和航运船桥，天文观
In显示的消息点矩阵安排。
In交通信号，LED群替换色的白炽电灯泡。
Movement传感器，例如，在光学计算机老鼠
发光二极管-照明应用
作为替换的LEDs用于白炽光电灯泡和日光灯叫作固体照明设备（SSL）-被包装，一起被编组的白色LEDs群形成
一个光源（被生动描述）。
LEDs是适度地高效率的：
平均商务SSL当前输出每瓦特32流明（lm/W）和新技术许诺
交付80lm/W。
长的终身LEDs使SSL非常有吸引力。
他们比白炽光电灯泡和荧光灯管也更加机械上健壮的。
目
前，固体照明设备不是可用的为家庭使用，不要求在家庭应用的电源转换，并且不是相对地昂贵的，虽然费用是越来越少的。
然而LED手电已经变得广泛可用。
发光二极管-LED的分类
、按发光管发光颜色按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。
另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透
明、有色散射和无色散射四种类型。
散射型发光二极管和达于做指示灯用。
、按发光管出光面特征
按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。
圆形灯按直径分为02m
m、04.4mm、05mm、08mm、010mm及020mm等。
国外通常把03mm的发光二极管记作T-1;
把05mm的记作T-1（3/4）;
把04.4mm的记作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
从发光强度角分布图来分有三类：
（一）高指向性。
一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。
半值角为5〜20或更小，具
有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
（二）标准型。
通常作指示灯用，其半值角为20〜45。
（三）散射型。
这是视角较大的指示灯，半值角为45〜90或更大，散射剂的量较大。
三、按发光二极管的结构
按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
四、按发光强度和工作电流
按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度＜;
10mcd）;
超高亮度的LED（发光强度＞100mcd）;
把发光强度在10〜100mcd间的叫高亮度发光二极管。
一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。
发光二极管-历史发展
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，1962年，通用电气公司的尼克？
可伦亚克（NickHolon
yakJr.）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。
LED是英文lightemittingdiode（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，即固体封装，
所以能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。
PN结施加反向电压时，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。
LED
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（入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、批量生产、技术成熟度高，因此运用最多。
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