led的发展与应用

LED的發展與應用,發光二極體 （英文：Light-Emitting Diode，簡稱LED）是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光發光二極體的出現，也被用作照明。它是21世紀的新型光源，具有效率高、壽命長、不易破損等傳統光源無法與之比較 的優點。加正向電壓時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所採用的半導體材料的化學組成成分，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。1955年，美國無線電公司 的魯賓布朗石泰（Rubin Braunstein）首次發現了砷化鎵 （GaAs）及其他半導體 合金的 紅外放射作用。1962年，通用電氣公司的尼克何倫亞 克（Nick Holonyak Jr.）開發 出第一種實際應用的可見光發 光二極體，造福人群。,原理,發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產p(磷)、n(氮)架構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p 極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向pn 結構。當空穴和電子相遇而生複合，電子會跌落到較低的能階，時以光子的模式釋放出能量。,LED的使用,LED與沒有極性的白熾燈不同，只能在正向電流流過時才能發光。當加電壓為正向時，會有較大的電 流流過，於是我們稱之為順向偏壓。如果電壓極性接反了，則被稱為逆向偏壓，這時只有很小電流流過器件，並且不發光。LED可 以工作在交流電壓下，但只有正向電壓能使它被點亮，這會導致LED以該交流電的頻率閃爍。可以參考下表來確定LED的極性:,+,-,優點發光（能量轉換）效率高 反應（開關）時間快 - 可以達到很高的閃爍頻率。 使用壽命長 - 在適當的散熱和應用環境下可達35,000 50,000小時耐震盪等機械衝擊 - 由於是固態元件，沒有燈絲，相對白熾燈等能承受更大震盪。 體積小 - 其本身體積可以造得非常細小（小於2mm）。 便於聚焦 - 因發光體積細小，易於而以透鏡等方式達致所需集散程度，藉改變其 封裝外形，方向性從大角度的散射以至集中於細角度都可以達到。 多種顏色 - 能在不加濾光器下提供多種不同顏色，而且單色性強。 高級產品色域豐富 - 高等級白色LED覆蓋色域較其他白色光源廣。冷光束 - LED光束本身不包含紅外線或者紫外線，對注重保護被照對象的場合 ，如博物館展品的照明應用最適合。 環保，沒有汞的有害物質，LED燈具部件可回收再利用。缺點散熱問題，如果散熱不佳會大幅縮短壽命。 除非購買高級產品、否則省電性還是低於螢光燈（冷陰極管，CCFL），有些LED的省電性也低於省電燈泡。 成本較高。 因光源屬於方向性，燈具設計需考量光學特性。 即使是同一批次的單顆LED與LED之間也存在著光通量，顏色和前向電壓的差別。,藍光與白光發光二極體,自LED面世後，相隔多年仍未能製造出能產生藍光的LED，由於藍色是三原色之一，以當時其他LED所能產生的光波長較藍光長，因此未能以其他已有的 LED間接製造出藍光來，缺少了藍光LED也導致不能製造出白光LED。,白光LED,有了藍光LED之後，結合原有的紅光LED和綠光LED便可產生白光，這樣產生的白光LED有很廣的色域， 但由於成本相當高，大部份白光LED很少採用這方法，現在只有只有在高檔次、有高要求的產品中使用；將此種產品降價普及，是LED廠商的努力目標。,藍光LED,1993 年，當時在日本日亞化學工業工作的中村修二發明了基於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業應用價值的藍光LED，這類LED在 1990年代後期得到廣泛應用。,其他顏色,近期開發出來的LED顏色包括粉紅色和紫色，都是在藍光LED上覆蓋上一至兩層的磷光體造成。粉紅色LED用的第一層磷光體能發黃光，而第二層則發出橙色或紅色光。而紫色LED用的磷光體發橙色光。 另外一些粉紅色LED的製造方法則存在一定的問題，例如有些粉紅色LED是在藍光LED塗上螢光漆或指甲油，但它們有可能會剝落；而有些則用上白光LED 加上粉紅色磷光體或染料，可是在短時間內顏色會褪去。,全球及台灣LED市場概況,(1)LED 可分為可見光(450780nm)與不可見光，在可見光部分傳統亮度產品已是成熟型產品，產量雖大，不過由於價格低產值不大，年複合成長率也只有10%；至於高亮度LED是目前的主流產品，主要應用在大型看板、交通號誌、背光源、汽車第三煞車燈，較成熟的AlGaInP(紅、橙、黃光)應用廣泛，專利問題不大，故量產下價格已與傳統亮度接近，使應用的領域擴大。不過現階段最熱門的屬GaInN (藍、綠光)產品，在今年藍色被光源手機風潮下需求強勁，加上專利問題有所突破更使台灣國聯、晶電的產能應接不暇。至於GaInN+螢光粉(白光)主要應用於照明上，由於藍光的突破全球大廠紛紛投入白光照明的研發，加上近期全彩手機風行，使白光背光源炙手可熱，未來技術若有進展，將逐步取代一般照明市場擁有龐大的商機。,(2)LED 市場整體的成長主要在下列5項產品: (1).手機螢幕彩色化、(2).汽車全面使用LED、(3)交通號誌所需的高亮度LED、(4)取代照明市場的超高亮度白光LED 與(5)短距離傳輸用的紅外線LED。其中汽車市場、照明設備與紅外線傳輸三者是成長性最高。,已知的LED應用列表:1.發光二極體被用於各式嵌入式系統的訊息指示器。2.狀態指示燈。3.連續指示燈。4.應急車輛上的發光條。5.機場和火車站的輕薄型消息顯示板牌。6.紅光或黃光LED 被用於需要保持夜間視覺環境（飛機駕駛倉、潛艇和船橋、 天文臺，和其他例如夜間動物觀察及軍用領域）下的指示器和字母數字顯示器 紅、黃、綠和藍光LED可用於鐵路建設模型。7.液晶電視的動態背光模組 用於傳送數位訊息：1.電視機、錄影機的遙控器，使用了紅外線發光二極體。2.光纖通訊。3.排列成點矩陣用以顯示訊息。4.交通標誌，發光二極體正逐漸取代有色燈泡