红绿光LED毕业设计

1、摘 要LED的发展由来已久，和半导体雷射组件的发展几乎同步。虽然近年来，LED已发展成独立的一支庞大工业，在早期甚至可谓半导体雷射的附属产品。迄今为止，无数的高功率高传输效果的半导体雷射已成熟的将信号经由越洋海底光缆传送到目的地，而这种先进技术衍生出。发光组件可以产生光源，就可以设计成可见光的型式，应用于信号判别数字显示，甚至于影像处理或显示屏，LED渐渐的独立而自成一体系。LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树

2、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，在这边主要是电子。但这两种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（光的颜色），是由形成P-N结材料决定的。本课题学习了LED的概述、历史背景、光学参数、色学参数、电学参数、LED的应用与发展、辐照效应与实验。通过实验对红光、绿光LED的光电特性分析，如辐射通量及光电转换效率和I-V的特性曲线。对6种电极即环形电极1、环形电极2、环形电极3

3、、旋转形电极、中心环绕形电极、树形电极，对其进行不同剂量的60Co源伽玛辐照，分别给予2105 rad(Si)、8105 rad(Si)、1.6106 rad(Si)、3.2106 rad(Si) 4种吸收剂量并对辐照后的结果进行光、色参数的测试与分析。关键字： GaN 发光二极管 电极结构 辐照目 录摘 要I第一章 绪 论11.1 LED概述11.2 LED历史背景21.3 LED应用前景31.4 LED的光源特点61.5 制作LED的半导体材料71.5.1 直接带隙与间接带隙材料81.5.2 GaN基LED和四元系LED101.6 LED相关光色电参数解释111.6.1 光学参数111.6

4、.2 色学参数121.6.3 电学参数121.6.4 LED其他相关参数141.6.5 光色测量的必要性151.7 LED辐照15第二章 6种优化电极在不同辐照剂量下的光、色测试分析182.1 光参数182.2 色参数19第三章 总结21致 谢23参考文献24第一章 绪 论1.1 LED概述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。 图1.1-1 LED构造图LED的心脏是一个半导体的晶片（如图1.1-1），晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部

5、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，在这边主要是电子。但这两种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（如图1.1-2）。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1。图 1.1-2 LED发光原理1.2 LED历史背景二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得L

6、ED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在

7、这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。现今，在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。众所周知，近两年来国内LED照明产业可谓是井喷式发展。然而，在这火热的发展大势中，LED照明行业投资过热的迹象明显，同时，LED行业恶性竞争现象开始显现。广日电气总经理吴文斌告诉记者，同样功率的LED照明产品成本是传统照明产品的34倍，但是市

8、场上大量粗制滥造的LED照明产品却以低价抢占市场，极大降低了消费者的信任度。根据国家淘汰白炽灯路线图，从今年起，我国照明行业将加速迈入“节能时代”。政府的千亿采购大单及补贴政策也纷纷出台。然而，LED照明产品在我国市场的普及速度却未跟上利好政策的脚步。如何在发展上突破困局，抢占市场先机，推动产业链的循环发展，是值得思考的问题。东莞勤上光电(,股吧)股份有限公司相关负责人认为，可以在LED核心技术攻关上求突破，整合资源优势，降低LED产品价格，推动产品的普及。为此，勤上光电不久前推出了“工厂孵化计划”，将10多年在LED照明产业的成功探索经验和技术研发设计平台、规模化量产能力、商业模式及上市运作

9、经验等与合作商共享。勤上光电相关负责人认为，国内LED照明行业频频出现产品抽查合格率偏低等质量问题，主要根源之一就是国内LED照明产业缺少标准。截至目前，LED在中国已经历了20年的发展历程，但国内仍然缺乏被业界认可的国家标准。业内人士分析，标节能环保准缺失造成LED照明市场的奇怪现象，做高端LED照明产品的公司反而会“吃亏”，因为低端产品可以通过低价轻易拿到项目，这对于一个产业的发展来说是十分不利的。作为全国LED大省的广东一直走在探索LED行业发展的前沿，2011年，广东省质监局和省科技厅联合发布了亚洲首个LED照明产业标准体系规划与路线图，规划广东省在5年内要率先建立130余项LED地方

10、标准，而且标准“起点要高”。要制定标准，而且是高起点的标准，行业的整体水平就必须先提上去。勤上光电相关负责人表示，勤上光电将联合合作企业，在LED照明技术标准的研究、制定、使用和服务等领域开展非营利性技术合作，达成行业共识，从而为促进整个产业高标准的制定起到推动作用，促进产业的良性发展。1.3 LED应用前景LED是近年来全球最具发展前景的高技术领域之一，LED具有寿命长、耗能少、体积小、响应快、抗震抗低温、污染小等优点，被称为第四代照明光源或绿色光源，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次标志性飞跃，将孕育新的光源革命。随着LED高效节能技术的不断创新，其全面取代传统光源已为时不远。

11、目前我国LED产业已经形成了四大片区(珠三角、长三角、福建江西地区、北方地区)、七大基地(大连、上海、深圳、南昌、厦门、扬州、石家庄)的产业格局，形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链，产品技术研发、工程应用等方面获得飞速发展。目前， LED 在发光强度、发光效率、寿命等方面都得到了极大提高, 并迅速商业化，在图像显示、信号指示和照明领域得到了广泛的应用， 成为当今照明技术的发展热点。理论上认为LED 的寿命可长达105106 h ，即在连续点燃的情况下可达10 多年甚至100 年，人一辈子也用不坏一盏灯。但是， 从1996 年

12、第一个白光LED 诞生至今的时间不过10 余年， 如何能确定LED 的寿命可达106 h 呢? LED 的实际寿命成为业内最为关注的问题之一2。随着LED发光效率、发光强度的逐渐提高，以及发光光色对整个可见光谱范围的全覆盖，LED光源的节能效果和实用性得以凸显，其应用领域也得到了较大的拓展。目前LED尤其是高亮度LED已经广泛应用于液晶屏背光源、户内外大屏幕、光通信光源、交通信号灯、景观灯、汽车灯，并逐渐进入路灯、室内照明等传统照明应用领域。LED被称为绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、反应速度快、耐震性佳、色彩纯度高等特点，可以广泛应用于电视、监视器、手机等的背光;汽车照明;各种功能

13、性照明、景观亮化照明、商业及民用照明;广告指示、交通指示等领域。与传统光源白炽灯和节能灯相比，具有寿命长、光效高、光色纯、稳定性高、安全性好、无辐射、低功耗、抗震、耐击打等优点，被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术。LED作为第四代照明光源，具有比CCFL更优的各项指标，目前背光LED器件作为液晶屏背光源广泛应用于手机、数码相机等便携式电子产品、笔记本电脑、上网本、台式显示器和液晶电视机等终端产品中，在背光领域将全面取代CCFL，成为中短期内LED需求增长的最大驱动因素。以下为LED光源三大应用市场的发展现状与前景分析。一、照明市场在全球能源危机的、环保要求不断提高的环境下，寿命长、节能、

14、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化的半导体LED照明已经越来越重要的成为照明技术的未来发展方向。在使用寿命方面，LED采用固体封装，结构牢固，寿命达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。在环保方面，用LED替代荧光灯，避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。通过全球LED技术领导厂商对材料、工艺和封装技术的努力改进，高亮度LED的发光效率和性能得到了显着提升，除了传统的背光和显示面板市场外，高亮度LED开始走向室内外普通照明、汽车内外照明、探照灯、交通灯等全新应用。LED照明灯具按照功能分，可以分为公用照明和消费照明。公用照明一般包括路灯，交通灯，隧道灯等;消费照明主要包括商业照明(商场、

15、酒店、专卖店等商业建筑)、办公照明、家居照明、酒店照明、餐饮照明、医院照明、民居照明等。根据工研院产经中心(IEK)在“LED照明产业发展论坛”上的说法，LED电球(灯泡)从2010年开始加速取代白炽灯炮，主要以日本为最具代表性。原因是日本政策补贴、当地消费者环保意识较高，以及厂商降价，创造日本当地LED电球市场快速成长。目前日本市场的LED电球销售市占率已达 19%，等于每卖出5颗电球就有1颗LED电球。欧洲市场则被视为可望继日本之后，成为LED电球下一个发展最快速的市场。据欧盟预计，欧洲将在2012年废掉(禁用)白炽灯泡，加上欧洲许多国家，像是意大利、匈牙利、奥地利、葡萄牙、英国、爱尔兰等

16、等，电价都比日本还要高，也加强节能LED电球取代传统白炽灯泡的推力。预估到2013年，全球LED电球的渗透率将可达10%。此外，筒灯也是LED照明的发展焦点之一。依据日本地区针对建筑业者调查，LED筒灯是建筑业最关注的产品之一，至于模块化和可置换性则是LED筒灯的产品的开发趋势。目前包括GE、德国LBM等大厂，都已针对LED筒灯产品进行开发。整体来说，取代传统灯泡，将是LED照明未来几年内(至少到2013年为止)最大的应用市场。个别应用来看，包括展示照明、商业工业照明、户外照明、室内照明、灯泡取代等等，则将是LED照明未来几年内最主要的应用市场。至于区域市场，目前北美仍是全球LED照明最大市场

17、，市占率达40%，欧洲市场占比约33%，中国大陆市场占比约21%，包括日本与其他地区市场占比则约6%。2012年全球LED照明市场主要应用领域还是建筑照明，随着各国政策推动、全球经济(尤其新兴市场带动)成长，以及LED产能持续扩充、技术成长推动产品单价下降，加上应用范围扩展，预期2013年LED照明市场规模将达137亿美元，2015年全球LED照明市场规模则估将成长至 288亿美元。LED照明灯具按照能源供给分，可以分为传统能源供应及新能源供应两种方式。由于LED独特的低电压供电及低能耗特征使得新能源在LED照明上得到极大应用，同时随着太阳能能源利用率的提高和成本的下降，在节能环保的推动下，以

18、太阳能和风能为基础的LED照明市场近年来发展迅猛，太阳能LED灯主要应用在室外景观照明和交通照明。2010年太阳能供电LED灯具估计占整个LED照明灯具市场的25%左右，随着市场的发展和政策的推动，到2013 年预计占整个LED照明灯具市场的30%以上。二、背光市场LED背光源包括小尺寸背光源、中尺寸背光源以及大尺寸背光源，其中小尺寸背光主要是应用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机和摄像机等;中尺寸背光源主要用于手提电脑、计算机显示器和监视器等;大尺寸背光源主要应用于液晶电视等。随着LED电视，LED监视器，以及手机等消费类电子产品的需求大幅增加，对LED背光的需求也越来越大。（一）LE

19、D液晶电视LED液晶电视渗透率约为3%，但随着LED技术的进步和成本的不断下降，液晶电视将成为未来LED背光应用的主力市场。据 hdtvorg.co.uk网站报道，2011年，采用LED背光技术的液晶电视的市场渗透率在50%左右，而根据ZDC的调研数据，2012年3月的中国液晶电视市场中，LED背光产品的关注比例达到了81.8%，保持着2月的上升趋势。与此同时，DisplaySearch预测，就液晶电视而言，LED背光出货量将会从2010年的3650万片(市场渗透率20%)增长到2015年的1.849亿片(市场渗透率达到72%)。LED背光液晶电视的持续普及是不可逆转的趋势，是市场的绝对主流。

20、（二）手机，MP3等手机，MP3等各类消费电子产品消费需求越来越大，对LED的需求旺盛。我国手机产业已全面进入3G时代，现有迈入4G的势头。2012年3月 26日。在“2012中国(深圳)IT领袖峰会”上，工信部副部长刘利华表示，2011年我国手机产量达到11.3亿部，占全球出货量的70.6%，名列世界第一。同时MP3/MP4、数码相机和其他使用LED背光的产品，由于其与经济社会发展越来越高的契合性，以及较高的更换率，能直接和持续地推动LED背光需求的快速增长。（三）笔记本电脑笔记本电脑是中大尺寸LED背光领域中，导入速度最快的产品，主要原因是LEDNB与CCFL型NB相比较，具有轻薄化、低耗

21、电量、启动电压低、无汞等优势。2009年以后，LEDNB强调省电及续航力特点，所以，一般非薄型NB亦导入LED背光，加上LED背光模组价格与CCFL型差异不断缩减，目前LED背光源笔记本电脑市场渗透率超过30%。三、指示市场传统的小功率LED指示灯随着电子产品的不断增多，需求量也在飞速增长，但总体看来，其占整个LED应用的比例相对较小。然而随着高亮度LED 指示灯的出现，在交通及户外广告灯领域的应用也越来越多，使得LED指示的市场规模也越来越大。我国高亮度LED城市交通信号灯已广泛得到应用，而且，近年来LED在铁路信号机上也有广阔的应用前景，目前交通信号灯的市场规模已达10亿元以上。根据中工研

22、究的2012年中国LED指示灯行业市场调查研究报告数据显示，2007-2011年LED指示灯行业国内总产量逐步增长，2009年和2011年的增长速度较快，年度产量增幅均在15%以上，近五年来的销量增幅均在12%以上，增长速度较快。综上所述，随着LED的技术提升，特别是高亮度LED的大量出现和成本降低，使得LED在照明及指示等应用领域有极大的发展潜力。同时随着电视、电脑、手机等产品的需求猛增，在背光领域也将给予LED极大的推动作用。这三个LED的应用领域将会为未来LED的发展注入强大动力，使得LED的年增长率可能超过100%以上，同时汽车照明以及特种LED应用也不容忽视，未来几年LED将迎来高速

23、增长的可喜景象3。1.4 LED的光源特点据DisplaySearch 近日台湾油电双涨，让节能产业再度成为热门话题，主要环绕在太阳能和LED 两个行业。较于太阳能而言，LED从节能角度而言是属于积极型节能产品。太阳能的使用受限于地理环境以及日照强度，无法提供全局性的节能，尤其是台湾地区人稠地窄,不利于太阳能安装，因此在台湾最佳的节能方式还是LED。身为次世代照明的LED，其发光效率逐年提升且价格也相应下降，再加上各国政府对于节能减碳的重视，可预期在不久的将来LED可逐步取代现有的光源。综观LED的发展过程，2002年起LED从小尺寸显示器(主要应用在手机上)开始渗透，在2005年达到高峰。但

24、是随着效率的提升，单位显示器使用的LED颗数也逐渐减少。当手机成长趋于饱和状态下，LED总需求量便开始下滑。在此时LED便开始寻找下一个应用：中尺寸显示器。随着性价比的不断提升，LED于2007年在中尺寸显示器的需求达到饱和，与先前小尺寸一样LED需求开始往下。LED开始进入到另一个应用：笔记本电脑显示器，并于2009年底开始进入电视显示器的应用。随着LED在大尺寸显示器的广泛应用，LED的性能已经提升到每瓦100流明以上，而价格也快速下降，此趋势对于LED在照明应用的发展有着无比的助力。2009年LED电视销售高于预期，导致LED需求急速上升，而供给端却来不及跟上脚步，因此出现供不应求的热况

25、。此热况让LED厂享受了一段美好的时光，但也让LED厂对未来需求过度乐观。各厂无不在2009到2010年积极扩产，产能陆续于2010年下半年开出，但却发现整体需求并不如预期。主要原因还是终端产品厂商为降低成本，均以降低LED使用颗数为主要手段;再加上效率持续提升，在产品辉度规格不变的条件下，LED颗数的减少是必然的趋势，加之全球经济不佳，市场成长不如预期。因此LED供需于2010年下半年开始出现反转，供过于求的现象开始趋于严重，甚至与DRAM、Display及Solar被归为“3D1S”四大惨业。LED产业经历了2011年的低潮，均期待2012年能够在低价直下式电视以及照明的两大应用下走出阴霾

26、。不过，由于LED和传统光源仍有一定的价差，且在光源特性上，使用者需要时间熟悉及适应，因此目前LED在照明的应用上还是以项目型或是标案为主，真正要进入到一般照明还需要政府政策配合以及使用者的接受度4。因此综观2012年LED需求还是会以显示器应用为主，其中低价直下式LED电视会是最令人期待的生力军。低价直下式LED电视的设计主要是在适当的厚度下，以直下式发光(无导光板)搭配二次透镜，达到成本优化。价格以与CCFL零价差为目标，以期提高取代CCFL的速度。市面上已经有此产品上市，市场反应状况相当正面，2012年低价直下式LED电视将会有着不错的表现。2012将是 LED产业关键性的一年，期待在产

27、业与政府的努力下，走出“四大惨业”的阴霾。光源特点： （1）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%；（2）适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境；（3）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%；（4）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级；（5）对环境污染：无有害金属汞；（6）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色；（7）电压：LED使用低压电源，供电电压在6

28、-24V之间，根据产品不同而异，所以它个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所5；1.5 制作LED的半导体材料前面已经简单介绍了LED的发光原理，发光二极管自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。一般的半导体发光二极管，多以-族、-族化合物半导体为材料。图1.5-1示出的是-及-族元素的带隙与晶格常数的关系。由图可知，这些材料的发光范围由红光到紫外线，目前红光的材料主要有AlGaInP，而蓝绿光及紫外线的主要材料则有AlGaInN。虽然-族材料也可以得到红光和绿光，但是这族材料极不稳定，所以目前使用的发光材料大部分是-族。图1.5-1 -和-族元素的带隙1.5.1 直接带隙与间接

29、带隙材料发光效率与材料是否为直接带隙有关，图1.5-2（a）是直接带隙材料，包括GAN-InN-AlN、InP、InAs及GaAs等，这些材料的导带最低点与价带最高点在同一K空间。所以电子与空穴可以有效的再复合而发光。而图1.5-2（b）的材料均是间接带隙，其带隙即导带最低点与价带最高点不在同一K空间，以致电子与空穴复合时除了发光外，还需要声子的配合，所以发光效率低。目前发光二极管用的都是直接带隙的材料。图1.5-2半导体的直接带隙与间接带隙 图1.5-2a带间复合 图1.5-2b自由激子相互抵消 图1.5-2c局部束缚激子的再复合在直接带隙材料中，电子与空穴复合时，其发光跃迁有多种可能性，如

30、图1.5-2所示。图1.5-2a是带间复合，图1.5-2b是自由激子相互抵消，图1.5-2c是在能带势能波动区域低势能区局部束缚激子的再复合。图1.5-2a及b时一般AlGaInP红光LED产生光的原理，而图1.5-2c则是AlGaInN的蓝光及绿光LED产生光的原理6。用AlGaAs及AlGaInP均可得到红光，用AlGaInN可以得到蓝光、绿光，一般都用MOCVD法（金属有机化合物化学气相淀积法）和OMVPE法（金属有机化学汽相外延法）生长AlGaInP及AlGaInN材料，用不同量子阱得到不同颜色的LED。图1.5-2d所示是一些例子，例如用AlGaAs得到649nm红光，用AlGaIn

31、P得到594nm的琥珀色光，用AlGaInN得到517nm的绿光及465nm与427nm的蓝光等。图1.5-2d 发光光谱1.5.2 GaN基LED和四元系LED一、GaN基LEDGaN是一种直接跃迁型半导体，室温下，禁带宽度Eg=3.39eV。GaN晶体属纤锌矿结构，能发出红、黄、蓝、紫等颜色的光。其中，蓝色是三基色之一。从20世纪90年代开始，GaN 材料和GaN LED，GaN Laser的研究工作就受到人们的极大关注，发展很快。图1.5-3a GaN基LED外延结构图 近年来，采用MOCVD技术制备PN结型GaN LED已经获得成功，其基本结构如图1.5-3a 所示。其中5*InGaN

32、/GaN层为5层的量子阱结构。P-电极采用Ni/Au合金，N-电极采用Ti/Al/Au合金。二、四元系LED 四元系LED主要以AlGaInP为代表，也是一种双异质结构。AlGaInP它真正的表示式应为(AlxGa1-x)0.5In0.5P。有研究指出，AlInGaP的能带隙会与Al成份的多寡有关，即Al愈多，能带隙愈大，Al愈少，能带隙愈小。这是因为Al是在周期表A族中是位于较上方的，为较小的原子，能与P形成较强的化学键，这就使得它们的能带隙较大了。(如图1.5-3b)图1.5-3b 四元系LED外延结构图本实验中用到的LED样品均是GaN基结构的。1.6 LED相关光色电参数解释1.6.1

33、 光学参数一、光通量 光通量是光源在单位时间内发出的光量，即辐射功率（或辐射通量）能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。光通量的符号为，单位为流明（L）。根据光谱辐射通量（），由下式可确定光通量：=Km（）V（）d式中，（）相对光谱光视效率；Km辐射的光谱光视效能的最大值，单位为L/。年由国际计量委员会确定Km值为Lm/W（）.二、光强度（luminous intensity ）光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度，简称光强，单位：坎德拉（cd）。三、光亮度亮度是LED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投

34、射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2 或Nit 四、光功率光在单位时间内所做的功。光功率单位常用毫瓦(mw)和分贝(db)表示，其中两者的关系为:1mw=0db，而小于1mw的分贝为负值7。五、发光效率光源发出的光通量除以所消耗的功率，单位是lm/w。它是衡量光源节能的重要指标。1.6.2 色学参数一、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=8

35、23K。二、色纯度其为以主波长描述颜色时之辅助表示，以百分比计，定义为待测件色度坐标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹色度坐标距离的百分比，纯度愈高，代表待测件的色度坐标愈接近其该主波长的光谱色。1.6.3 电学参数一、VF 正向电压几种光所对应的顺向电压如图1.6-1所示：图1.6-1 几种光所对应的正向电压二、IF 正向电流正向工作电流IF：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFs以下。以正常的寿命讨论，通常标准 IF 值设为 20 30mA ，瞬间（20ms）可增至100mA ；IF 值增大：寿命缩短、VF 值增大、波

36、长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变。三、VR 反向击穿电压VR 是衡量 P/N 结反向耐压特性，当然 VR 赿高赿好。VR 值较低在电路中使用时经常会有反向脉冲电流经过，容易击穿变坏。VR 又通常被设定一定的安全值来测试反向电流（ IF 值），一般设为 5V。红、黄、黄绿等四元芯片反向电压可做到 20 40V ，蓝、纯绿、紫色等芯片反向电压只能做到 5V 以上。 四、IR反向击穿电流IR 是反映二极管的反向特性， IR 值太大说明 P/N 结特性不好，很快快被击穿； IR 值太小或为说明二极管的反向很好；通常 IR 值较大时 VR 值相对会小， IR 值较小时 VR 值相对会大；R 的大小与

37、芯片本身和封装制程均有关系，制程主要体现在银胶过多或侧面沾胶，双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使 IR 增大。 五、I-V 特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。如图1.6-2：I-V曲线的斜率随吸收剂量增大而增大，即器件的电阻增大，其主要原因是由于辐照后在半导体内引入的缺陷和杂质，并且诱生新的界面态，起到了散射中心的作用，这些缺陷和杂质以及新的界面态对电子的散射造成附加电阻率。由于辐射剂量越大，引入的缺陷和杂质以及诱生的界面态越多、越复杂，因而观测到器件随着辐照剂量的增加，器件的电

38、阻逐渐增大8。图1.6-2 I-V特性曲线1.6.4 LED其他相关参数一、辐射通量单位时间内通过某一截面的辐射能，又称辐射功率（e），单位为W。其中波长为的辐射通量与值有关。二、电光转换效率一般指电源的电能转换为光能的效率，其计算公式为=e/P，为电光转换效率，e为辐射通量，P为该转换过程中消耗的功率。三、寿命 电光源的寿命通常用有效寿命和平均寿命两个指标来表示。一，有效寿命：指灯开始点燃到灯的光通量衰减到额定光通量的某一百分比时所经历的点灯时数。一般这一百分比规定在70%80%之间。二，平均寿命：指一组试验样灯，从点燃到其中的50%的灯失效时，所经历的点灯时数。通常说的LED寿命一般指的是

39、平均寿命。四、老化LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关。1.6.5 LED光色测量的必要性一、避免危害LED与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。当应用于照明器具时，如果对出光角不加以严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度产品甚至会对人体造成光辐射危害。光色测量可为的安全使用提供指导。二、促进LED产业的发展LED的光色测量能提供大量的实验数据，可作为判定产品合格与否的标准，并可为改进LED的设计、制造提供依据9。1.7 LED辐照一、辐照效应：固体材料在中子，离子或电子以及射线辐照下所产生的一切现象。在晶体中，辐照

40、产生的各种缺陷一般称为辐照损伤。对于多数材料而言，主要是离位损伤。入射离子与材料中的原子核碰撞，一部分能量转换为靶原子的反冲动能，当此动能超过点阵位置的束缚能时，原子便可离位。最简单的辐照缺陷是孤立的点缺陷，如在金属中的弗仑克尔缺陷对（由一个点阵空位和一个间隙原子组成）。级联碰撞条件下，在约10 nm直径的体积内产生数百个空位和数百个间隙原子。若温度许可，间隙原子和空位可以彼此复合，或扩散到位错、晶界或表面等处而湮没，也可聚集成团或形成位错环。一般地说，电子或质子照射产生孤立的点缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重离子容易形成空位团及位错环，而中子产生的是两种缺陷兼有。当材料在较高温度受

41、大剂量辐照时，离位损伤导致肿胀，长大等宏观变化。肿胀是由于体内均匀产生的空位和间隙原子流向某些漏（如位错）处的量不平衡所致，位错吸收间隙原子比空位多，过剩的空位聚成微孔洞，造成体积胀大而密度降低。辐照长大只有尺寸改变而无体积变化，仅在各向异性显著的材料中，由于形成位错环的择优取向而造成。离位损伤造成的种种微观缺陷显然会导致材料力学性能变化，如辐照硬化、脆化以及辐照蠕变等。辐照缺陷还引起增强扩散，并促使一系列由扩散控制或影响的过程加速进行，诸如溶解，沉淀，偏聚等，并往往导致非平衡态的实现。对于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸盐等，另一类损伤，即电离损伤也很重要。入射粒子的另一部分能量转移给材料

42、中的电子，使之激发或电离。这部分能量可导致健的断裂和辐照分解，相应的引起材料强度丧失，介电击穿强度下降等现象。因此，辐照对于LED器件的失效有着重要的影响。辐照将引起LED器件量子阱中量子点的聚集和再分布，是器件发光的均匀性和一致性变差。同时，辐照对器件的电学影响以及光学衰减值得关注！二、辐照优点:1、灭菌彻底。由于射线具有很强的穿透力，在一定剂量条件下能杀死各种细菌微生物（包括病毒），因此，辐射灭菌是一种非常有效的灭菌方法。2、应用领域广泛。辐射灭菌消毒是一种“冷消毒”法，可在常温下灭菌，适合工业、医疗等多种领域，特别适合于一些热敏材料如塑料制品、尼龙、化纤制品、生物制品等。可与国民经济各行

43、各业相结合，渗透性强。3、可以包装后灭菌。只要所用的包装材料不透菌，灭菌后的医疗用品可以长期保存。4、灭菌速度快，工艺简单、容易控制，可连续作业，有利于实现工业化生产。 5、节约能源。辐照加工的能源消耗，只有热加工和化学加工的1/40-1/200；是冷冻方法的1/20。 6、无环境污染；无化学药物残留；不损害加工产品的外观品质和内在特性。 7、产值高、附加值高、社会效益好，盈亏平衡点高。三、辐照安全隐患辐照能够杀死病菌，但也能够杀死对人体有益的分子，破坏食物的营养结构，导致DNA损伤，因此在国际上一直存在争议。而重复辐照、超标准使用辐照剂量等乱辐照，对人的身体损害极大，可能造成核物质残留，引发

44、癌症、青光眼。辐照的安全隐患集中体现在食品和药品方面。（1）食品安全辐照技术的杀菌效果很好，但是辐射照射如果把握不好，会改变食品的分子结构，从而影响食用者安全，诱发例如癌症等疾病，食品领域的辐照技术已经渐渐被瞬间高温杀菌技术等代替。西欧和日本都已禁止辐照食品进口。 第一个商业食品辐照工厂在1991年就已经在美国的佛罗里达州开业，但截止到2011年，世界上只有42个国家正式批准了240多种辐照食品标准。有些国家则严格禁止辐照食品。在美国，食品辐照是被当作一种“食品添加剂”来管理的。可以用在什么样的食品中、如何应用、可以用多大剂量都有明确的规定。只有经过FDA的许可，厂家才可以使用，而且必须做明确

45、的标识。一般而言，世界各国对于辐照食品，都要求明确标识并且剂量不超过10kGy（Gy是辐照剂量的单位，1kGy是1千克食物吸收1000焦耳的辐照能量）。 （2）药品安全中国卫生部于1997年发布了钴60辐照中药灭菌剂量标准（内部试行）的通知（卫药发1997第38号），规定该标准仅用于供国内流通的中药杀菌，而且钴60辐照仅是中药灭菌的辅助手段。钴60辐照对很多包装材料有影响，比如塑料瓶会发黄，玻璃瓶也可能会变色。再如铝箔包装，辐照会让铝箔颜色变深，而且剂量超过4000GR会对药品含量造成影响。2012年4月10日，据媒体报道，大部分中药材、中成药、原料药及部分药品制剂均可采用辐照方法进行灭菌处理

46、，特别是对一些不耐高温、成分易挥发的原料、制剂、辅料、药材等非常适用。但由于行业管理较为混乱，重复辐照、大剂量辐照的情况较为突出。由于药品种类繁多，送照产品的情况千差万别，而辐照机构也没有严格的操作标准，绝大多数经营者也不按照规定进行辐照后的微生物检测。所以，很多药材接受辐照后，药厂回去菌检不合格就回来重照，或者制成成药后再拿来辐照，导致重复辐照现象普遍存在。并且大多数药品并没有按照相关规定在包装上印制“辐照”字样。而超标辐照药品极有可能引发癌症10。第二章 6种优化电极在不同辐照剂量下的光、色测试分析对6种电极即环形电极1、环形电极2、环形电极3、旋转形电极、中心环绕形电极、树形电极，对其进

47、行不同剂量的60Co源伽玛辐照，分别给予2105 rad(Si)、8105 rad(Si)、1.6106 rad(Si)、3.2106 rad(Si) 4种吸收剂量并对辐照后的结果进行光、色参数的测试与分析。分析结果如下：2.1 光参数不同辐照剂量对不同电极的影响各不相同，但从整体上看，各种电极的光通量和辐射通量在辐照作用下成先上升后下降的趋势（除旋转形电极），光效的变化辐度相对较小。另一方面，从6种电极的比较上可以看出，在3种环形电极中，环形电极3的光通量和辐射通量要远高于环形电极1和环形电极2。而三种优化电极即旋转形电极、中心环绕形电极和树形电极的光通量和辐射通量也要高于另外三种环形电极。

48、从光效角度看，优化电极的光效要远高于环形电极，其随辐照的变化辐度与光通量相同。图2.1-1不同辐照剂量下的光通量图2.1-2不同辐照剂量下的辐射通量从图2.1-1和图2.1-2可以看出，除旋转电极外，在最大剂量的辐照后，另外五种电极的光通量和辐射通量都有不同程度的增加，环形电极1从0.3024lm增加至0.3031lm,相比增加了0.2%；环形电极2从0.3517lm增至0.3564lm,增加了3.9%；环形电极3从0.4069增至0.4259，增加了4.7%；而中心环绕形电极从0.4364增至0.4482，增加了2.7%；树形电极从0.4390增至0.4430，增加了0.9%；仅有旋转形电极

49、从0.4498减少至0.4295，减少了4.5%。辐射通量与光效的变化情况与光通量基本一致.如图2.1-3：图2.1-3 不同电极形状在不同辐照剂量下的光效变化环形电极1增幅最小，为0.0007lm，变化为0.2%；环形电极3增幅最大，为0.0187lm，增加了4.7%可见，辐照对环形电极3的光学性能影响最大旋转形电极的光通量随辐照下降了0.0239lm,下降了5.3%。2.2 色参数从色参数的角度去分析辐照对不同优化电极的影响时主要分析了主波长和峰值波长的变化情况，各个不同电极在主波长和峰值波长在最大辐照剂量（3.2106 rad(Si)）上的变化基本相同，主要的趋势是增加，因为辐照与材料间

50、的相互作用产生高能康普顿电子，而该电子与核子交作用会引起原子的移位，而使得阱区量子点变大而最终导致发光波长的红移现象。表2.2 不同电极在最大辐照剂量下的波长变化不同电极变化辐度排名变化辐度排名环形电极1467.450.212462.420.183环形电极2469.750.095465.290.016环形电极3469.270.461464.720.631旋转形电极469.810.086465.430.085中心环绕形电极469.830.104465.350.282树形电极469.690.183465.210.164表2.2为实验中的6种不同形状的电极在最大辐照剂量下的主波长和峰值波长的变化情况

51、，上表中为各种电极在未辐照前的主波长和峰值波长，为各种电极在最大辐照剂量下的变化，从上表中可以看出，在未辐照前，各种电极的主波长均在470nm附近，说明这6种电极发出的蓝光较好，色纯度也较高，另一方面，6种电极的主波长和峰值波长红移情况各不同，其中环形电极3的波长均红移最多，主波长为0.21nm,峰值波长为0.63nm；旋转形电极在主波长的红移量最小，为0.08nm；环形电极2峰值波长红移量最小，为0.01nm；从上表中，综合主波长与峰值波长的变化，辐照对环形电极2的波长变化最小，可见在色参数方面，辐照对环形电极2的影响最小，可以预测，在这6种电极中，经过相同的长时间老化后，环形电极2的色纯度为最好。除环形电极1，另外5种电极均分布在蓝光的470nm附近，而环形电极1未辐照前偏离较高，而辐照对其波长红移也较多，可以看出其色纯度不如另外5种电极，而且在大剂量辐照后环形电极1的发光颜色会明显变淡。第三章