LED发光原理及特点.doc

LED发光原理及特点LED（LightEmittingDiode），即发光二极管。是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料。当两端加上正向电压，半导体中的少数截流子和多数截流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。多变幻：LED光源可利用LED在电流瞬间通断发光无余辉和红、绿、蓝三基色原理，并发挥我们多年对LED显示屏控制技术的研究，采用LED显示屏控制技术实现色彩和图案的多变化，是一种可随意控制的动态光源。高节能：直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率达90%以上，同样照明效果比传统光源节能80%以上。寿命长：LED为固体冷光源，环氧树脂封装，因此无灯丝发光易烧、热沉积等缺点。工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长5倍以上。利环保：冷光源、眩光小，无辐射，不含汞元素，使用中不发出有害物质。高新尖：与传统光源比，LED光源融合了计算机、网络、嵌入式控制等高新技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。光源术语光通量（lm）：光源每秒钟发出可见光量之总和。例如一个100瓦（w）的灯泡可产生1500流明（lm），一支40瓦（w）的日光灯可产生3500lm的光通量。发光强度（cd）：光源在单位立体角度内发出的光通量，也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度。光强的单位是坎特拉（cd），也称烛光。如：一单位立体角度内发出1流明（lm）的光称为1坎特拉（cd）。色温（k）：以绝对温度（k=+273.15）K来表示，即将一黑体加热，温度升到一定程度时，颜色逐渐由深红-浅红-橙红-黄-黄白-白-蓝白-蓝变化。当某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。如：当黑体加热呈现深红时温度约为550，即色温为550+273=823K。光效（lm/w）：光源发出的光通量除以所消耗的功率。它是衡量光源节能的重要指标。显色性（ra）：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。也就是颜色的逼真程度。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数（ra）定为100。各类光源的显色指数各不相同,如：白炽灯ra90，荧光灯ra=6090。平均寿命：光源在正常使用过程中，其中有50%的光源损坏时的时间。 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。LED芯片分类1.MB芯片定义与特点定义 MB 芯片Metal Bonding (金属粘着）芯片该芯片属于UEC 的专利产品特点 1、 采用高散热系数的材料-Si作为衬底散热容易. Thermal ConductivityGaAs: 46 W/m-KGaP: 77 W/m-KSi: 125 150 W/m-KCupper:300400 W/m-kSiC: 490 W/m-K 2、通过金属层来接合(wafer bonding)磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收. 3、导电的Si 衬底取代GaAs 衬底，具备良好的热传导能力(导热系数相差34 倍)，更适应于高驱动电流领域。 4、底部金属反射层有利于光度的提升及散热 5、尺寸可加大应用于High power 领域eg : 42mil MB2.GB芯片定义和特点定义 GB 芯片Glue Bonding (粘着结合）芯片该芯片属于UEC 的专利产品特点 1透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底其出光功率是传统AS (Absorbable structure)芯片的2倍以上蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底. 2芯片四面发光具有出色的Pattern图 3亮度方面其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil) 4双电极结构其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片3.TS芯片定义和特点定义 TS 芯片 transparent structure(透明衬底)芯片该芯片属于HP 的专利产品。特点 1.芯片工艺制作复杂远高于AS LED 2. 信赖性卓越 3.透明的GaP衬底不吸收光亮度高 4.应用广泛4.AS芯片定义与特点定义 AS 芯片Absorbable structure(吸收衬底）芯片经过近四十年的发展努力台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发生产销售处于成熟的阶段各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平差距不大. 大陆芯片制造业起步较晚其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距在这里我们所谈的AS芯片特指UEC的AS芯片eg: 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR 等特点 1. 四元芯片采用 MOVPE工艺制备亮度相对于常规芯片要亮 2. 信赖性优良 3. 应用广泛发光二极管芯片材料磊晶种类1、LPE：Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP2 、VPE：Vapor Phase Epitaxy(气相磊晶法) GaAsP/GaAs3 、MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN4 、SH：GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(单异型结