發(fa)光二極管簡稱為LED。由含鎵(Ga)、砷(shen)(As)、磷(P)、氮(N)等的化(hua)合(he)物制(zhi)成(cheng)。
當電子(zi)與空穴復合時能輻射出可(ke)見光(guang)(guang)(guang),因而(er)可(ke)以(yi)用來(lai)制(zhi)成(cheng)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)。在電路及(ji)儀器中作為指(zhi)示燈(deng),或者(zhe)組成(cheng)文字或數字顯示。砷化鎵二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)發(fa)紅光(guang)(guang)(guang),磷(lin)化鎵二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)發(fa)綠光(guang)(guang)(guang),碳(tan)化硅二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)發(fa)黃光(guang)(guang)(guang),氮化鎵二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)發(fa)藍光(guang)(guang)(guang)。因化學(xue)性質(zhi)又分有機發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)OLED和無機發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)LED。
LED最(zui)初用于儀器儀表的(de)指示(shi)性照(zhao)(zhao)明(ming)(ming),隨后擴展到交(jiao)通信號燈(deng)。再到景觀照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)、車用照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)和(he)手機鍵盤及背(bei)光(guang)源。后來發(fa)(fa)展出微(wei)型發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管(micro-LED)的(de)新技術(shu),其將原本發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管的(de)尺寸大(da)幅縮小,用可獨立發(fa)(fa)光(guang)的(de)紅、藍、綠微(wei)型發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管成(cheng)陣列排列形(xing)成(cheng)顯示(shi)陣列用于顯示(shi)技術(shu)領域(yu)。微(wei)型發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管具(ju)有(you)自發(fa)(fa)光(guang)顯示(shi)特(te)性,比自發(fa)(fa)光(guang)顯示(shi)的(de)有(you)機發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管(Organic Light Emitting DiodeOLED)效率高、壽(shou)命較長(chang)、材料(liao)不易受到環(huan)境影響而相對(dui)穩(wen)定。
發(fa)(fa)光(guang)二極(ji)管與普通(tong)二極(ji)管一樣是(shi)由一個PN結組成(cheng),也具有(you)單向導電(dian)(dian)性。當(dang)給發(fa)(fa)光(guang)二極(ji)管加上正(zheng)向電(dian)(dian)壓后(hou),從(cong)P區(qu)注入(ru)到(dao)N區(qu)的(de)(de)(de)空穴(xue)和由N區(qu)注入(ru)到(dao)P區(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子,在(zai)PN結附近數微米內(nei)分(fen)別與N區(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子和P區(qu)的(de)(de)(de)空穴(xue)復合,產生自發(fa)(fa)輻射的(de)(de)(de)熒光(guang)。不(bu)同的(de)(de)(de)半導體材料(liao)中電(dian)(dian)子和空穴(xue)所處的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)狀態不(bu)同。當(dang)電(dian)(dian)子和空穴(xue)復合時釋放(fang)出的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)多少不(bu)同,釋放(fang)出的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)越多,則發(fa)(fa)出的(de)(de)(de)光(guang)的(de)(de)(de)波長越短(duan)。常用的(de)(de)(de)是(shi)發(fa)(fa)紅光(guang)、綠光(guang)或黃光(guang)的(de)(de)(de)二極(ji)管。發(fa)(fa)光(guang)二極(ji)管的(de)(de)(de)反(fan)向擊穿電(dian)(dian)壓大于5伏(fu)。它的(de)(de)(de)正(zheng)向伏(fu)安特性曲線很陡,使用時必須串聯限流電(dian)(dian)阻以控(kong)制通(tong)過二極(ji)管的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流。
發光二極管的(de)(de)核心部分是由P型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)和(he)N型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)組成的(de)(de)晶片,在(zai)P型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)和(he)N型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)之(zhi)間(jian)有一個過(guo)渡層,稱(cheng)為(wei)PN結。在(zai)某些半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)材料的(de)(de)PN結中(zhong),注(zhu)入的(de)(de)少數(shu)載(zai)流子(zi)與多數(shu)載(zai)流子(zi)復合時(shi)(shi)會(hui)把(ba)多余的(de)(de)能量以光的(de)(de)形式釋放出來,從(cong)而(er)把(ba)電(dian)能直接轉換為(wei)光能。PN結加(jia)反向(xiang)電(dian)壓,少數(shu)載(zai)流子(zi)難以注(zhu)入,故不(bu)發光。當(dang)它處于正向(xiang)工作狀態時(shi)(shi)(即兩端加(jia)上正向(xiang)電(dian)壓),電(dian)流從(cong)LED陽極流向(xiang)陰極時(shi)(shi),半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)晶體(ti)(ti)就發出從(cong)紫外(wai)到紅外(wai)不(bu)同(tong)顏色的(de)(de)光線(xian),光的(de)(de)強弱與電(dian)流有關。
傳(chuan)統發光(guang)二極管所(suo)(suo)使用的無機半導體物(wu)料和所(suo)(suo)它們發光(guang)的顏色
LED材料
材料化學式
顏色
鋁砷化鎵(jia) 砷化鎵(jia) 砷化鎵(jia)磷(lin)化物磷(lin)化銦鎵(jia) 鋁磷(lin)化鎵(jia)(摻(chan)雜氧化鋅(xin))
AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO
紅色及紅外線
鋁磷化(hua)(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia) 銦氮化(hua)(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)/氮化(hua)(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia) 磷化(hua)(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia) 磷化(hua)(hua)(hua)(hua)銦鎵(jia)(jia)鋁 鋁磷化(hua)(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)
InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP
綠色
磷化鋁銦(yin) 鎵(jia)(jia)(jia)砷(shen)化鎵(jia)(jia)(jia) 磷化物(wu) 磷化銦(yin)鎵(jia)(jia)(jia)鋁 磷化鎵(jia)(jia)(jia)
GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP
高亮度的橘紅色(se)(se),橙色(se)(se),黃色(se)(se),綠色(se)(se)
磷砷化鎵
GaAsP
紅(hong)色,橘紅(hong)色,黃色
磷化鎵(jia) 硒化鋅(xin) 銦氮化鎵(jia) 碳化硅(gui)
GaP ZnSe InGaN SiC
紅色(se),黃色(se),綠(lv)色(se)
氮化鎵
GaN
綠色,翠綠色,藍色
銦氮化鎵
InGaN
近紫外線,藍綠色,藍色
碳(tan)化硅(用(yong)作襯底(di))
SiC
藍色
硅(用作襯底)
Si
藍色
藍寶石(用作襯(chen)底)
Al2O3
藍色
硒化鋅
ZnSe
藍色
鉆石
C
紫外線
氮(dan)化鋁,氮(dan)化鋁鎵
AlN AlGaN
波長為(wei)遠至近的紫外線(xian)
LED燈就是發光(guang)二極(ji)管(guan),是采用固(gu)體半(ban)導(dao)體芯(xin)片為發光(guang)材料,與傳(chuan)統燈具相比,LED燈節能、環保、顯色(se)性與響應速(su)度好。
(一)節能是LED燈最突出的特點
在能(neng)耗方面,LED燈的(de)能(neng)耗是(shi)白熾燈的(de)十(shi)分之(zhi)一,是(shi)節能(neng)燈的(de)四(si)分之(zhi)一。這(zhe)是(shi)LED燈的(de)一個(ge)最大的(de)特(te)點(dian)。現在的(de)人們都崇尚節能(neng)環保,也正是(shi)因為節能(neng)的(de)這(zhe)個(ge)特(te)點(dian),使得(de)LED燈的(de)應(ying)用范圍十(shi)分廣泛,使得(de)LED燈十(shi)分的(de)受(shou)歡迎。
(二)可以在高速(su)開關狀態工作
我(wo)們平時(shi)走在馬路上,會發(fa)現每一(yi)個LED組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)幕或者畫面都(dou)是變化莫測的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。這(zhe)說明LED燈是可以(yi)進行高速開關工作(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。但是,對(dui)于我(wo)們平時(shi)使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)白(bai)熾(chi)燈,則達(da)不到這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)狀態(tai)。在平時(shi)生活的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候,如果(guo)開關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)次(ci)數(shu)過(guo)多(duo),將(jiang)直接導(dao) 致白(bai)熾(chi)燈燈絲斷裂。這(zhe)個也是LED燈受歡迎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)原因(yin)。
(三)環保
LED燈(deng)(deng)內部(bu)不含有(you)任何的汞等重金(jin)屬材料,但是熒光燈(deng)(deng)中(zhong)含有(you),這就體現了(le)LED燈(deng)(deng)環保的特(te)點。現在的人都十(shi)分重視環保,所(suo)以(yi),會有(you)更多的人愿(yuan)意選擇環保的LED燈(deng)(deng)。
(四(si))響應速度快(kuai)
LED燈還有(you)一(yi)個(ge)突出的特點(dian),就是反應(ying)的速(su)度比(bi)較快。只要一(yi)接通電源,LED燈馬上就會亮起(qi)來。對比(bi)我們平時(shi)使用的節能(neng)(neng)燈,其反應(ying)速(su)度更快,在(zai)打(da)開傳(chuan)統燈泡時(shi),往(wang)往(wang)需(xu)要很長的時(shi)間才能(neng)(neng)照亮房間,在(zai)燈泡徹底的發熱(re)之后(hou),才能(neng)(neng)亮起(qi)來。
(五)相(xiang)較于(yu)其他的(de)光源,LED燈更“干凈(jing)”
所(suo)謂的(de)(de)(de)“干凈”不(bu)是(shi)指的(de)(de)(de)燈表面以及(ji)內部的(de)(de)(de)干凈,而是(shi)這個燈是(shi)屬(shu)于冷光(guang)源的(de)(de)(de),不(bu)會(hui)產生(sheng)太多(duo)的(de)(de)(de)熱量,不(bu)會(hui)吸引那些喜光(guang)喜熱的(de)(de)(de)昆(kun)蟲。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)夏天,農村的(de)(de)(de)蟲子會(hui)特(te)別(bie)的(de)(de)(de)多(duo)。
有的(de)(de)蟲(chong)(chong)子(zi)天性(xing)喜熱(re)(re),白熾燈(deng)和節(jie)能(neng)燈(deng)在使用一(yi)段(duan)時間之后(hou)都(dou)會(hui)產(chan)生熱(re)(re)量(liang),這個(ge)熱(re)(re)量(liang)正(zheng)好是蟲(chong)(chong)子(zi)喜歡的(de)(de),就容(rong)易(yi)吸引(yin)蟲(chong)(chong)子(zi)過來。這無疑會(hui)對(dui)燈(deng)表面帶(dai)來很(hen)多的(de)(de)污染物,而且,蟲(chong)(chong)子(zi)的(de)(de)排(pai)泄物還會(hui)使得(de)室內變(bian)得(de)很(hen)臟(zang)。但是,LED燈(deng)是冷光源,不會(hui)吸引(yin)蟲(chong)(chong)子(zi)過來的(de)(de),這樣,就不會(hui)產(chan)生蟲(chong)(chong)子(zi)的(de)(de)排(pai)泄物。所以說(shuo),LED燈(deng)更加的(de)(de) “干凈(jing)”。
半(ban)導體發光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)應用(yong)(yong)范圍廣,功(gong)耗(hao)小,使用(yong)(yong)壽命長,低碳環保。我(wo)國(guo)半(ban)導體發光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)應用(yong)(yong)非常廣泛,居(ju)民家庭中的(de)很(hen)多照明設備都使用(yong)(yong)了半(ban)導體發光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan),大部(bu)分路燈也使用(yong)(yong)了半(ban)導體發光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)路燈作為照明光源(yuan),部(bu)分道(dao)路的(de)照明燈具還結(jie)合(he)了太(tai)陽能(neng)技術,可(ke)節省大量電能(neng)。感(gan)(gan)(gan)光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)根(gen)據材質的(de)不同,可(ke)以分成(cheng)砷(shen)鋁(lv)化(hua)鎵(jia)感(gan)(gan)(gan)光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)、磷砷(shen)化(hua)鋁(lv)感(gan)(gan)(gan)光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)、磷化(hua)鎵(jia)感(gan)(gan)(gan)光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)和砷(shen)化(hua)鋁(lv)感(gan)(gan)(gan)光二極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)等。
LED的(de)光(guang)學參數中重要的(de)幾個方面就是:光(guang)通量(liang)、發(fa)光(guang)效率(lv)、發(fa)光(guang)強(qiang)度(du)、光(guang)強(qiang)分布(bu)、波(bo)長。
發光(guang)效率和光(guang)通(tong)量
發光(guang)效率就(jiu)是光(guang)通量與電功率之比,單位一般為lm/W。發光(guang)效率代表(biao)了光(guang)源的節能特性(xing),這是衡量現(xian)代光(guang)源性(xing)能的一個重要指標。
發光強度和光強分布
LED發光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度(du)是表征它在(zai)某個方向(xiang)上的(de)發光(guang)(guang)(guang)強(qiang)弱,由于LED在(zai)不同的(de)空間角(jiao)度(du)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)相差很(hen)(hen)多,隨之而(er)來我(wo)們(men)研究了LED的(de)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)分布特(te)性。這個參數實際意義很(hen)(hen)大(da),直接影響到(dao)LED顯示(shi)裝置的(de)最(zui)小觀察(cha)角(jiao)度(du)。比如體育場(chang)館(guan)的(de)LED大(da)型彩色顯示(shi)屏,如果選(xuan)用的(de)LED單管(guan)分布范(fan)圍(wei)很(hen)(hen)窄,那么面對顯示(shi)屏處于較大(da)角(jiao)度(du)的(de)觀眾將看到(dao)失真的(de)圖像。而(er)且交通(tong)標志(zhi)燈也要求較大(da)范(fan)圍(wei)的(de)人能識別。
波長
對(dui)于LED的(de)光(guang)譜特性我(wo)們(men)主要看它的(de)單色性是(shi)否優良,而且要注意(yi)到(dao)紅、黃(huang)、藍、綠(lv)、白色LED等主要的(de)顏色是(shi)否純正。因為在許多場合下,比如(ru)交通信(xin)號燈對(dui)顏色就(jiu)要求比較(jiao)嚴(yan)格(ge),不(bu)過據觀察我(wo)國(guo)的(de)一些LED信(xin)號燈中綠(lv)色發(fa)藍,紅色的(de)為深紅,從這(zhe)個現象來看我(wo)們(men)對(dui)LED的(de)光(guang)譜特性進(jin)行專門(men)研(yan)究是(shi)非常(chang)必要而且很有意(yi)義(yi)的(de)。
發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)還(huan)可分為普通單色(se)發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、高(gao)亮度發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、超高(gao)亮度發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、變(bian)色(se)發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、閃爍發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、電壓控制型(xing)發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)、紅外發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)和負阻發(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)(er)(er)極(ji)管(guan)等。
LED的(de)(de)控制模(mo)式有恒流(liu)和恒壓兩種(zhong),有多種(zhong)調(diao)光方式,比如模(mo)擬調(diao)光和PWM調(diao)光,大多數的(de)(de)LED都采用的(de)(de)是恒流(liu)控制,這樣可(ke)以保(bao)持LED電流(liu)的(de)(de)穩定,不易受(shou)VF的(de)(de)變化(hua),可(ke)以延(yan)長LED燈具的(de)(de)使用壽命。
單色發光二極管
普通單(dan)色發光(guang)二極管
普通單色發(fa)光(guang)二極(ji)管具有體積小、工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)低、工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)小、發(fa)光(guang)均勻穩(wen)定、響應速度快、壽命長等(deng)優點(dian),可(ke)用各(ge)種直(zhi)流(liu)、交(jiao)流(liu)、脈(mo)沖等(deng)電(dian)源驅動點(dian)亮。它屬于電(dian)流(liu)控制型半導(dao)體器(qi)件,使用時(shi)需串接合適的限(xian)流(liu)電(dian)阻。
普通單色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)顏(yan)色(se)與發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)的(de)波(bo)(bo)長(chang)有關(guan),而發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)的(de)波(bo)(bo)長(chang)又(you)取決于制造(zao)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)所用的(de)半導體材料。紅(hong)色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)波(bo)(bo)長(chang)一般(ban)為(wei)650~700nm,琥珀(po)色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)波(bo)(bo)長(chang)一般(ban)為(wei)630~650nm ,橙色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)波(bo)(bo)長(chang)一般(ban)為(wei)610~630nm左右,黃色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)波(bo)(bo)長(chang)一般(ban)為(wei)585nm左右,綠色(se)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)的(de)波(bo)(bo)長(chang)一般(ban)為(wei)555~570nm。
高亮度(du)單色發光二極(ji)管(guan)
高亮(liang)(liang)度(du)(du)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)和超高亮(liang)(liang)度(du)(du)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)使用(yong)的(de)半導體(ti)材(cai)料(liao)(liao)與普(pu)通(tong)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)不(bu)同,所以(yi)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)的(de)強度(du)(du)也不(bu)同。通(tong)常,高亮(liang)(liang)度(du)(du)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)使用(yong)砷(shen)鋁化(hua)鎵(jia)(GaAlAs)等(deng)(deng)材(cai)料(liao)(liao),超高亮(liang)(liang)度(du)(du)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)使用(yong)磷(lin)銦砷(shen)化(hua)鎵(jia)(GaAsInP)等(deng)(deng)材(cai)料(liao)(liao),而普(pu)通(tong)單(dan)色(se)(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)使用(yong)磷(lin)化(hua)鎵(jia)(GaP)或磷(lin)砷(shen)化(hua)鎵(jia)(GaAsP)等(deng)(deng)材(cai)料(liao)(liao)。
變色發光二極管
變(bian)色發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)是能變(bian)換發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)顏(yan)色的發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)。變(bian)色發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)顏(yan)色種(zhong)類(lei)可(ke)分為雙色發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)、三色發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)和(he)多色(有紅、藍(lan)、綠、白四種(zhong)顏(yan)色)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)。
變(bian)(bian)色(se)(se)發(fa)(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)按引腳數量可分(fen)為二(er)端(duan)(duan)變(bian)(bian)色(se)(se)發(fa)(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)、三端(duan)(duan)變(bian)(bian)色(se)(se)發(fa)(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)、四端(duan)(duan)變(bian)(bian)色(se)(se)發(fa)(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)和六端(duan)(duan)變(bian)(bian)色(se)(se)發(fa)(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)。
閃爍發光二極管
閃爍發光二(er)極(ji)管(BTS)是一(yi)種由CMOS集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)路和(he)發光二(er)極(ji)管組成(cheng)(cheng)的(de)特殊發光器件,可用于(yu)報警(jing)指示(shi)及(ji)欠壓、超壓指示(shi)。
閃(shan)爍(shuo)發光(guang)二(er)極管在使用(yong)時,無(wu)須外(wai)接其它元件,只(zhi)要在其引腳(jiao)兩端(duan)加上適當的直(zhi)流工作電壓(5V)即可閃(shan)爍(shuo)發光(guang)。
紅外發光二極管
紅(hong)外(wai)發光(guang)二極管也(ye)稱紅(hong)外(wai)線發射(she)二極管,它是可以(yi)將電(dian)能(neng)(neng)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)換成紅(hong)外(wai)光(guang)(不(bu)可見光(guang))并能(neng)(neng)輻射(she)出(chu)去的發光(guang)器件,主要(yao)應用(yong)于各(ge)種(zhong)光(guang)控及遙控發射(she)電(dian)路中。
紅外發光二(er)極管(guan)的結構、原理與(yu)普(pu)通(tong)發光二(er)極管(guan)相近(jin),只是使用的半(ban)導體材料(liao)不同。紅外發光二(er)極管(guan)通(tong)常(chang)使用砷化鎵(GaAs)、砷鋁化鎵(GaAlAs)等(deng)材料(liao),采用全透(tou)明或淺(qian)藍色、黑(hei)色的樹脂封(feng)裝(zhuang)。
常(chang)用(yong)的紅(hong)外發光二極(ji)管(guan)有SIR系(xi)列(lie)(lie)(lie)、SIM系(xi)列(lie)(lie)(lie)、PLT系(xi)列(lie)(lie)(lie)、GL系(xi)列(lie)(lie)(lie)、HIR系(xi)列(lie)(lie)(lie)和HG系(xi)列(lie)(lie)(lie)等。
紫外發光二極管
基于半導體(ti)材料(liao)的(de)紫(zi)外(wai)(wai)發光(guang)二極管(UV LED)具(ju)有(you)節能(neng)、環保和(he)壽命長等優點(dian),在(zai)(zai)殺菌消毒、醫療和(he)生化檢測等領域(yu)有(you)重(zhong)大的(de)應用(yong)價值。近年(nian)來,半導體(ti)紫(zi)外(wai)(wai)光(guang)電材料(liao)和(he)器件在(zai)(zai)全(quan)球引(yin)起越來越多的(de)關(guan)注(zhu),成(cheng)為(wei)研發熱(re)點(dian)。 2018年(nian)12月9一12日,由中國(guo)(guo)科學院(yuan)半導體(ti)研究所主(zhu)辦的(de)第三屆“國(guo)(guo)際紫(zi)外(wai)(wai)材料(liao)與(yu)器件研討會(hui)(hui)” (IWUMD一2018)在(zai)(zai)云南昆明(ming)召開,來自十(shi)二個國(guo)(guo)家(jia)的(de)270余位(wei)代(dai)表(biao)出席了會(hui)(hui)議。本次會(hui)(hui)議匯聚了國(guo)(guo)內外(wai)(wai)在(zai)(zai)紫(zi)外(wai)(wai)發光(guang)二極管材料(liao)和(he)器件相關(guan)領域(yu)的(de)多位(wei)頂尖專家(jia)的(de)最新研發成(cheng)果報告。
紫(zi)外發(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)管是(shi)氮化物技術(shu)發(fa)(fa)展和第(di)三代(dai)半導體(ti)(ti)材料技術(shu)發(fa)(fa)展的(de)(de)主要趨(qu)勢,擁有廣闊的(de)(de)應用前(qian)景。中(zhong)國科(ke)技部為了加(jia)快第(di)三代(dai)半導體(ti)(ti)固態(tai)紫(zi)外光(guang)(guang)源的(de)(de)發(fa)(fa)展,爭施了“第(di)三代(dai)半導體(ti)(ti)固態(tai)紫(zi)外光(guang)(guang)源材料及器(qi)件關鍵技術(shu)”重點研發(fa)(fa)計(ji)劃(hua)專項(xiang)(2016YFB0400800)。國家重點研發(fa)(fa)計(ji)劃(hua)的(de)(de)支持和國際紫(zi)外材料與(yu)器(qi)件研討會的(de)(de)舉辦,將(jiang)為加(jia)快實現我(wo)(wo)國第(di)三代(dai)半導體(ti)(ti)紫(zi)外光(guang)(guang)源的(de)(de)市(shi)場化應用,帶動我(wo)(wo)國紫(zi)外半導體(ti)(ti)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)管材料和器(qi)件技術(shu)創親及產業化發(fa)(fa)展發(fa)(fa)揮積極(ji)的(de)(de)作用。
有機發光二極管
1987年,柯達公(gong)司(si)鄧青云等成功制(zhi)備了低電壓、高亮度的(de)有(you)機發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(OLED),第一次向世(shi)界展示了OLED在(zai)商業上(shang)的(de)應用(yong)前(qian)景(jing)‘“。1995年,Kido在(zai)science雜志上(shang)發(fa)(fa)表(biao)了白光(guang)(guang)有(you)機發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管(wOLED)的(de)文章, 雖(sui)然效率不高,但揭開了OLED照明研究(jiu)的(de)序幕。經過幾十年的(de)發(fa)(fa)展,OLED的(de)效率和穩定性早已滿(man)足小(xiao)尺(chi)寸顯(xian)示器的(de)要求,受到眾(zhong)多高端(duan)儀(yi)器儀(yi)表(biao)、手機和移動終端(duan)公(gong)司(si)的(de)青睞,大尺(chi)寸技術也日漸完善。
OLED材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)發(fa)展是(shi)OLED產業蓬勃(bo)發(fa)展的(de)(de)(de)基(ji)礎。最早的(de)(de)(de)OLED發(fa)光材(cai)(cai)料(liao)(liao)是(shi)熒(ying)光材(cai)(cai)料(liao)(liao),但熒(ying)光材(cai)(cai)料(liao)(liao)由于(yu)自旋阻禁,其理論內(nei)量(liang)(liang)子效率上限(xian)僅(jin)能達到25%。1998年,Ma以及Forrest和Thompson等先后報道了磷光材(cai)(cai)料(liao)(liao)在OLED材(cai)(cai)料(liao)(liao)中的(de)(de)(de)應用,從(cong)而為突(tu)破(po)自旋統計(ji)規律、100%地利(li)用所有激子的(de)(de)(de)能量(liang)(liang)開辟了道路。但是(shi)磷光材(cai)(cai)料(liao)(liao)也存在一定(ding)的(de)(de)(de)問題,由于(yu)含有貴金(jin)屬,價格很高而且藍(lan)光材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)穩定(ding)性長期停(ting)滯不前。
2009年,日(ri)本九州大(da)學的(de)(de)Adachi教授首次將(jiang)熱活化延遲熒光(TADF)材(cai)料(liao)引入OLED。此(ci)類(lei)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)極低的(de)(de)單三線(xian)態(tai)能隙,可通過三線(xian)態(tai)激子的(de)(de)反向系間竄越(RISC)實現100%的(de)(de)理論內 量子效(xiao)率。材(cai)料(liao)體系和器件結構的(de)(de)日(ri)漸完(wan)善,使得OLED在顯示領域(yu)嶄露頭角。另一方(fang)面,WOLED具(ju)有(you)發光效(xiao)率高、光譜可調、藍光成(cheng)分少和面光源(yuan)等一系列優 勢,作為低色溫、無藍害(hai)的(de)(de)高效(xiao)光源(yuan),有(you)望成(cheng)為未(wei)來健康照明(ming)的(de)(de)新趨勢。
LED五大原物料分別是指:晶片,支(zhi)架,銀膠,金線,環氧(yang)樹脂
晶片
晶(jing)片(pian)的(de)(de)構成(cheng):由(you)金(jin)墊(dian),P極,N極,PN結,背(bei)金(jin)層構成(cheng)(雙pad晶(jing)片(pian)無背(bei)金(jin)層)。晶(jing)片(pian)是由(you)P層半導體(ti)元(yuan)素,N層半導體(ti)元(yuan)素靠電子(zi)移(yi)動而重(zhong)新排列組合成(cheng)的(de)(de)PN結合體(ti)。也正是這種(zhong)變化使晶(jing)片(pian)能夠處于一個相對(dui)穩定(ding)的(de)(de)狀(zhuang)態。在(zai)晶(jing)片(pian)被一定(ding)的(de)(de)電壓施加(jia)正向(xiang)電極時(shi),正向(xiang)P區(qu)的(de)(de)空穴(xue)則(ze)會源源不斷(duan)的(de)(de)游(you)向(xiang)N區(qu),N區(qu)的(de)(de)電子(zi)則(ze)會相對(dui)于孔(kong)穴(xue)向(xiang)P區(qu)運(yun)動。在(zai)電子(zi),空穴(xue)相對(dui)移(yi)動的(de)(de)同時(shi),電子(zi)空穴(xue)互相結對(dui),激發出光子(zi),產生(sheng)光能。
主(zhu)要分(fen)類,表(biao)面(mian)(mian)發光型(xing): 光線大部(bu)分(fen)從晶片表(biao)面(mian)(mian)發出。五面(mian)(mian)發光型(xing): 表(biao)面(mian)(mian),側面(mian)(mian)都有較多的光線射(she)出按發光顏色分(fen),紅,橙,黃,黃綠(lv),純綠(lv),標(biao)準綠(lv),藍綠(lv), 藍。
支架
支(zhi)架的結構1層(ceng)是鐵,2層(ceng)鍍(du)銅(導電(dian)性好(hao),散(san)熱(re)快(kuai)),3層(ceng)鍍(du)鎳(防氧化(hua)),4層(ceng)鍍(du)銀(反光性好(hao),易焊線)
銀膠(jiao)(因種(zhong)類較(jiao)多,我們以H20E為例)
也叫(jiao)白膠(jiao),乳(ru)白色,導通粘(zhan)合(he)作用(烘烤溫(wen)度(du)為(wei)(wei):100°C/1.5H)銀(yin)粉(fen)(導電,散熱,固(gu)定(ding)晶(jing)片(pian))+環(huan)氧樹(shu)脂(固(gu)化銀(yin)粉(fen))+稀釋劑(ji)(易于攪拌)。儲(chu)藏條件:銀(yin)膠(jiao)的(de)制(zhi)造商一般(ban)(ban)將(jiang)銀(yin)膠(jiao)以-40 °C 儲(chu)藏,應用單位(wei)一般(ban)(ban)將(jiang)銀(yin)膠(jiao)以-5 °C 儲(chu)藏。單劑(ji)為(wei)(wei)25 °C/1年(干燥,通風的(de)地方),混合(he)劑(ji)25 °C/72小(xiao)時(但在上線作業時因(yin)其他的(de)因(yin)素“溫(wen)濕度(du)、通風的(de)條件”,為(wei)(wei)保證產品的(de)質量(liang)一般(ban)(ban)的(de)混合(he)劑(ji)使用時間為(wei)(wei)4小(xiao)時)
烘烤條件(jian):150 °C/1.5H
攪拌(ban)條件:順一個(ge)方向(xiang)均勻攪拌(ban)15分鐘
金線(xian)(以φ1.0mil為例)
LED所用(yong)(yong)到(dao)的金(jin)線(xian)有φ1.0mil、 φ1.2mil,金(jin)線(xian)的材(cai)質,LED用(yong)(yong)金(jin)線(xian)的材(cai)質一般含金(jin)量為99.9%,金(jin)線(xian)的用(yong)(yong)途(tu)
利用其(qi)含金量高材質較(jiao)軟、易變形且導電性(xing)(xing)好(hao)、散熱性(xing)(xing)好(hao)的(de)特性(xing)(xing),讓(rang)晶片與(yu)支(zhi)架間形成(cheng)一閉合(he)電路。(換算關系:1 mil = 0.0254mm , 1 in = 25.4mm )
環氧(yang)樹脂(以(yi)EP400為例)
組成:A、B兩組劑份:
A膠(jiao):是(shi)主劑,由環氧樹脂(zhi)+消泡劑+耐熱劑+稀釋劑
B劑(ji):是固化(hua)劑(ji),由酸酣+離模(mo)劑(ji)+促(cu)進劑(ji)
使用條件:
混合(he)比:A/B=100/100(重(zhong)量(liang)比)
混合粘度:500-700CPS/30 °C
膠化時間(jian):120 °C*12分(fen)鐘或(huo)110 °C*18分(fen)鐘
可使用(yong)條(tiao)件:室溫25 °C約6小時。一般根(gen)據(ju)產(chan)線的生產(chan)需要,我(wo)們(men)將它的使用(yong)條(tiao)件定為2小時。
硬(ying)化條(tiao)件(jian):初期硬(ying)化110 °C—140 °C 25—40分鐘
后期硬化(hua)100 °C*6—10小時(可以(yi)視實際(ji)需(xu)要做機動性調整(zheng))
芯片檢驗
鏡檢:材料表面(mian)是(shi)(shi)否(fou)有機(ji)械損(sun)傷(shang)及麻點麻坑lockhill芯片尺寸及電極大小是(shi)(shi)否(fou)符合工藝要求電極圖(tu)案是(shi)(shi)否(fou)完整(zheng)。
LED擴片
由于LED芯(xin)片(pian)(pian)在劃片(pian)(pian)后(hou)依然(ran)排列緊密間距很小(xiao)(約0.1mm),不利于后(hou)工序的(de)操作。采用擴片(pian)(pian)機對黏(nian)結芯(xin)片(pian)(pian)的(de)膜進行(xing)擴張,使LED芯(xin)片(pian)(pian)的(de)間距拉伸(shen)到約0.6mm。也可(ke)以采用手工擴張,但很容(rong)易造成芯(xin)片(pian)(pian)掉落浪費(fei)等不良問(wen)題。
LED點膠
在(zai)LED支架的(de)相應位置點(dian)上銀(yin)膠(jiao)或絕緣膠(jiao)。對(dui)于GaAs、SiC導(dao)電襯底(di),具有背面(mian)電極(ji)的(de)紅(hong)光、黃光、黃綠芯(xin)片(pian),采用銀(yin)膠(jiao)。對(dui)于藍寶石絕緣襯底(di)的(de)藍光、綠光LED芯(xin)片(pian),采用絕緣膠(jiao)來(lai)固定芯(xin)片(pian)。
工(gong)藝(yi)難(nan)點(dian)在于點(dian)膠量的(de)控制,在膠體高度、點(dian)膠位置均(jun)有詳細的(de)工(gong)藝(yi)要(yao)(yao)求。由于銀(yin)膠和絕(jue)緣(yuan)膠在貯存和使(shi)用(yong)均(jun)有嚴格的(de)要(yao)(yao)求,提醒:銀(yin)膠的(de)醒料、攪拌(ban)、使(shi)用(yong)時間都是工(gong)藝(yi)上(shang)必須注(zhu)意的(de)事項。
LED備膠
和點(dian)膠(jiao)(jiao)相反,備(bei)(bei)膠(jiao)(jiao)是(shi)用備(bei)(bei)膠(jiao)(jiao)機先把銀膠(jiao)(jiao)涂在LED背(bei)面電(dian)極上,然后把背(bei)部(bu)帶銀膠(jiao)(jiao)的(de)LED安(an)裝在LED支架上。備(bei)(bei)膠(jiao)(jiao)的(de)效率遠高于點(dian)膠(jiao)(jiao),但不(bu)是(shi)所有產品均(jun)適(shi)用備(bei)(bei)膠(jiao)(jiao)工藝。
LED手工刺片
將擴張后LED芯(xin)(xin)片(pian)(pian)(備(bei)(bei)膠或未備(bei)(bei)膠)安置在刺片(pian)(pian)臺的(de)夾具(ju)上(shang)(shang),LED支架放在夾具(ju)底下,在顯微鏡下用(yong)針將LED芯(xin)(xin)片(pian)(pian)一個一個刺到相應的(de)位置上(shang)(shang)。手工刺片(pian)(pian)和自(zi)動裝架相比有(you)一個好處,便于(yu)隨時更換不同的(de)芯(xin)(xin)片(pian)(pian),適用(yong)于(yu)需要安裝多種芯(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)產品(pin)。
LED自動裝架
自動(dong)裝(zhuang)架(jia)(jia)其實是(shi)結合了沾膠(jiao)(jiao)(點膠(jiao)(jiao))和(he)安裝(zhuang)芯(xin)(xin)片兩(liang)大步驟(zou),先(xian)在(zai)(zai)LED支架(jia)(jia)上(shang)(shang)點上(shang)(shang)銀膠(jiao)(jiao)(絕緣膠(jiao)(jiao)),然后用(yong)(yong)真空吸(xi)嘴將(jiang)LED芯(xin)(xin)片吸(xi)起移動(dong)位置(zhi),再安置(zhi)在(zai)(zai)相應(ying)的(de)支架(jia)(jia)位置(zhi)上(shang)(shang)。自動(dong)裝(zhuang)架(jia)(jia)在(zai)(zai)工藝(yi)上(shang)(shang)主(zhu)要要熟悉(xi)設備(bei)操作編(bian)程,同時(shi)對設備(bei)的(de)沾膠(jiao)(jiao)及安裝(zhuang)精度進行調整(zheng)。在(zai)(zai)吸(xi)嘴的(de)選用(yong)(yong)上(shang)(shang)盡量選用(yong)(yong)膠(jiao)(jiao)木(mu)吸(xi)嘴,防止對LED芯(xin)(xin)片表(biao)面的(de)損傷,特別(bie)是(shi)藍、綠色芯(xin)(xin)片必(bi)須用(yong)(yong)膠(jiao)(jiao)木(mu)的(de)。因為(wei)鋼(gang)嘴會劃傷芯(xin)(xin)片表(biao)面的(de)電流擴散層(ceng)。
LED燒結
燒(shao)結的目的是使(shi)銀(yin)膠固化,燒(shao)結要求對溫度(du)進行監(jian)控,防止批次性不良。銀(yin)膠燒(shao)結的溫度(du)一(yi)般控制在(zai)150℃,燒(shao)結時(shi)間2小時(shi)。根據實(shi)際情況(kuang)可以(yi)調整(zheng)到170℃,1小時(shi)。絕緣膠一(yi)般150℃,1小時(shi)。
銀膠燒(shao)(shao)結烘箱的必(bi)須按工藝要求隔2小時(shi)(或1小時(shi))打(da)開更(geng)換(huan)燒(shao)(shao)結的產品,中間不得隨意打(da)開。燒(shao)(shao)結烘箱不得再其他用途,防(fang)止污染。
LED壓焊
壓(ya)焊的目的是將電(dian)極引到LED芯片上,完成產品內外引線的連接工作。
LED的壓(ya)(ya)焊(han)(han)工藝有金絲(si)(si)球(qiu)焊(han)(han)和鋁(lv)絲(si)(si)壓(ya)(ya)焊(han)(han)兩種。鋁(lv)絲(si)(si)壓(ya)(ya)焊(han)(han)的過(guo)(guo)程(cheng)為(wei)先在(zai)LED芯片電(dian)極上(shang)(shang)壓(ya)(ya)上(shang)(shang)第(di)一點,再將(jiang)鋁(lv)絲(si)(si)拉到相應(ying)的支架(jia)上(shang)(shang)方,壓(ya)(ya)上(shang)(shang)第(di)二(er)點后扯斷鋁(lv)絲(si)(si)。金絲(si)(si)球(qiu)焊(han)(han)過(guo)(guo)程(cheng)則在(zai)壓(ya)(ya)第(di)一點前先燒(shao)個球(qiu),其余過(guo)(guo)程(cheng)類(lei)似。
壓(ya)焊是LED封裝技術中(zhong)的關鍵環節,工藝上主要(yao)需要(yao)監控的是壓(ya)焊金絲(鋁絲)拱(gong)絲形(xing)狀,焊點形(xing)狀,拉力。
LED封膠
LED的(de)封(feng)裝主要(yao)有點(dian)膠、灌(guan)封(feng)、模壓三(san)種(zhong)。基(ji)本(ben)上工藝控制的(de)難(nan)點(dian)是氣泡、多缺料(liao)、黑(hei)點(dian)。設計上主要(yao)是對材料(liao)的(de)選型,選用(yong)結(jie)合(he)良好的(de)環氧和支架。(一般的(de)LED無法通過氣密性(xing)試驗)。
LED點膠(jiao) TOP-LED和Side-LED適用(yong)點膠(jiao)封(feng)裝(zhuang)。手動點膠(jiao)封(feng)裝(zhuang)對(dui)操作水平要(yao)求很高(特(te)別是白(bai)光LED),主要(yao)難點是對(dui)點膠(jiao)量的(de)控(kong)制,因為環氧在使(shi)用(yong)過程(cheng)中會(hui)變稠。白(bai)光LED的(de)點膠(jiao)還存(cun)在熒光粉沉(chen)淀(dian)導致(zhi)出光色差的(de)問題。
LED灌膠封裝(zhuang) Lamp-LED的(de)封裝(zhuang)采(cai)用灌封的(de)形式(shi)。灌封的(de)過程(cheng)是先在LED成型模腔(qiang)內注入液態環氧,然后插入壓(ya)焊好的(de)LED支架,放入烘(hong)箱讓(rang)環氧固化后,將LED從模腔(qiang)中脫出即(ji)成型。
LED模(mo)壓(ya)封裝 將壓(ya)焊(han)好的LED支架放(fang)入模(mo)具(ju)(ju)中(zhong)(zhong),將上下兩副模(mo)具(ju)(ju)用液(ye)壓(ya)機合模(mo)并抽(chou)真(zhen)空,將固態環氧放(fang)入注膠道(dao)的入口加熱用液(ye)壓(ya)頂(ding)桿壓(ya)入模(mo)具(ju)(ju)膠道(dao)中(zhong)(zhong),環氧順著膠道(dao)進入各(ge)個LED成型槽中(zhong)(zhong)并固化。
LED固(gu)化(hua)(hua)與后固(gu)化(hua)(hua)
固(gu)化是指封裝環(huan)(huan)氧的固(gu)化,一般(ban)環(huan)(huan)氧固(gu)化條(tiao)件在135℃,1小時(shi)。模壓封裝一般(ban)在150℃,4分鐘。后固(gu)化是為(wei)了讓(rang)環(huan)(huan)氧充(chong)分固(gu)化,同時(shi)對(dui)LED進行熱老化。后固(gu)化對(dui)于提高環(huan)(huan)氧與支架(PCB)的粘(zhan)接強(qiang)度(du)非常重要。一般(ban)條(tiao)件為(wei)120℃,4小時(shi)。
LED切筋和劃(hua)片
由(you)于LED在生產(chan)中是(shi)(shi)連在一(yi)起(qi)的(de)(不是(shi)(shi)單個(ge)),Lamp封裝LED采用切(qie)筋切(qie)斷LED支架的(de)連筋。SMD-LED則是(shi)(shi)在一(yi)片(pian)PCB板(ban)上,需要劃(hua)片(pian)機來完成分離(li)工作。
LED測試
測試(shi)LED的光電(dian)參數、檢驗外(wai)形(xing)尺(chi)寸,同時根(gen)據客戶要求對LED產品進行(xing)分(fen)選。
20世紀90年代LED技(ji)術(shu)的長(chang)足進步,不僅(jin)是發(fa)光效率超過了白熾(chi)燈(deng),光強達到(dao)了燭光級(ji),而且(qie)顏色也從(cong)紅色到(dao)藍色覆(fu)蓋(gai)了整個可見光譜范圍。這種從(cong)指(zhi)示(shi)(shi)燈(deng)水平(ping)(ping)到(dao)超過通用光源水平(ping)(ping)的技(ji)術(shu)革(ge)命(ming)導致各種新的應用,諸如(ru)汽車信(xin)號(hao)燈(deng)、交(jiao)通信(xin)號(hao)燈(deng)、室外全色大型顯示(shi)(shi)屏以及特殊的照明(ming)光源。
隨著(zhu)發光(guang)(guang)二(er)極管(guan)高亮度(du)化和多色化的(de)(de)進展(zhan),應用領域也不斷擴(kuo)展(zhan).從下邊較低(di)光(guang)(guang)通(tong)量的(de)(de)指示燈到顯(xian)示屏(ping),再從室外顯(xian)示屏(ping)到中(zhong)等光(guang)(guang)通(tong)量功率(lv)信號(hao)燈和特殊照(zhao)明(ming)的(de)(de)白(bai)光(guang)(guang)光(guang)(guang)源(yuan),最后發展(zhan)到右上角的(de)(de)高光(guang)(guang)通(tong)量通(tong)用照(zhao)明(ming)光(guang)(guang)源(yuan)。2000年是時間的(de)(de)分界線,在2000年已解決所有(you)顏色的(de)(de)信號(hao)顯(xian)示問題和燈飾(shi)問題,并已開始低(di)、中(zhong)光(guang)(guang)通(tong)量的(de)(de)特殊照(zhao)明(ming)應用,而作為通(tong)用照(zhao)明(ming)的(de)(de)高光(guang)(guang)通(tong)量白(bai)光(guang)(guang)照(zhao)明(ming)應用,似乎還(huan)有(you)待時日,需將光(guang)(guang)通(tong)量進一(yi)步大幅(fu)度(du)提高方能實(shi)現。當然,這也是個過程,會(hui)隨亮度(du)提高和價(jia)格下降而逐步實(shi)現。
自20世紀80年代(dai)中(zhong)期,就有(you)單色和(he)多色顯示(shi)屏(ping)問(wen)世,起初是文(wen)字屏(ping)或動畫屏(ping)。90年代(dai)初,電子計算機技(ji)術和(he)集成(cheng)電路(lu)技(ji)術的(de)發展,使得LED顯示(shi)屏(ping)的(de)視(shi)頻技(ji)術得以實現,電視(shi)圖(tu)像直(zhi)接上(shang)屏(ping),特別是90年代(dai)中(zhong)期,藍色和(he)綠色超(chao)高亮度LED研制成(cheng)功并迅(xun)速投產(chan),使室外屏(ping)的(de)應用大大擴展,面(mian)積在100—300m不等。
LED顯示屏(ping)(ping)在(zai)體育場(chang)館、廣(guang)場(chang)、會場(chang)甚至街道、商(shang)場(chang)都(dou)已(yi)(yi)廣(guang)泛(fan)應用,美國時代廣(guang)場(chang)上的(de)(de)納斯達克全(quan)彩屏(ping)(ping)最為(wei)聞名,該(gai)屏(ping)(ping)面積為(wei)120英尺(chi)×90英尺(chi),相當于1005m,由1900萬(wan)只超高(gao)亮藍、綠(lv)、紅色(se)LED制成。此(ci)外,在(zai)證券行情屏(ping)(ping)、銀行匯率(lv)屏(ping)(ping)、利率(lv)屏(ping)(ping)等方面應用也占(zhan)較(jiao)(jiao)大比例,近期在(zai)高(gao)速公路、高(gao)架道路的(de)(de)信息屏(ping)(ping)方面也有較(jiao)(jiao)大的(de)(de)發展。發光二極管(guan)在(zai)這一領域的(de)(de)應用已(yi)(yi)成規模,形成新興(xing)產業,且可期望有較(jiao)(jiao)穩定的(de)(de)增長。
航標燈采用LED作光(guang)(guang)(guang)源已有多年,目前的(de)(de)(de)工作是(shi)改進和(he)完善。道(dao)路交(jiao)通(tong)信(xin)號燈近(jin)幾年來取得了(le)長(chang)足(zu)的(de)(de)(de)進步,技術發展較快,應(ying)(ying)用發展迅猛(meng),中國(guo)每年有四萬(wan)套(tao)左右的(de)(de)(de)訂單,而美國(guo)加州在(zai)一年內就(jiu)用LED交(jiao)通(tong)信(xin)號燈更換了(le)五萬(wan)套(tao)傳統(tong)光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)(de)信(xin)號燈,根據使用效果看,壽命長(chang)、省(sheng)電(dian)和(he)免維(wei)護效果是(shi)明顯(xian)的(de)(de)(de)。采用LED的(de)(de)(de)發光(guang)(guang)(guang)峰值波(bo)長(chang)是(shi)紅色(se)630nm,黃色(se)590nm,綠色(se)505nm。應(ying)(ying)該注(zhu)意(yi)的(de)(de)(de)問題是(shi)驅動電(dian)流不應(ying)(ying)過大,否則夏天陽光(guang)(guang)(guang)下的(de)(de)(de)高(gao)溫條件(jian)將(jiang)會(hui)影(ying)響LED的(de)(de)(de)壽命。
最(zui)近,應(ying)用(yong)(yong)于(yu)飛機(ji)(ji)(ji)場作(zuo)為標燈、投光(guang)燈和全向燈的(de)LED機(ji)(ji)(ji)場專用(yong)(yong)信(xin)號(hao)燈也(ye)已獲成功并投入使用(yong)(yong),多方反映效果很好。它具有自主知識產權,獲準兩項(xiang)專利(li),可靠(kao)性好、節省用(yong)(yong)電、免(mian)維護、可推廣應(ying)用(yong)(yong)到各種(zhong)機(ji)(ji)(ji)場、替代已沿用(yong)(yong)幾(ji)十年的(de)舊信(xin)號(hao)燈,不僅亮度(du)高(gao),而且由于(yu)LED光(guang)色純度(du)好,特(te)別鮮明,易于(yu)信(xin)號(hao)識別。
超高亮LED可(ke)以做成(cheng)汽車(che)(che)的(de)(de)剎(cha)(cha)車(che)(che)燈(deng)、尾燈(deng)和(he)方向燈(deng),也可(ke)用(yong)于儀表照明(ming)和(he)車(che)(che)內照明(ming),它在耐(nai)震動、省電及長壽命方面比(bi)白熾燈(deng)有明(ming)顯(xian)的(de)(de)優勢。用(yong)作剎(cha)(cha)車(che)(che)燈(deng),它的(de)(de)響應時間為60ns,比(bi)白熾燈(deng)的(de)(de)140ms要(yao)短許多,在典(dian)型的(de)(de)高速公路上(shang)行駛,會增(zeng)加(jia)4—6m的(de)(de)安全距離。
LED作(zuo)為(wei)液(ye)晶(jing)顯示(shi)的背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan),它(ta)不(bu)僅(jin)(jin)可作(zuo)為(wei)綠色(se)(se)(se)、紅(hong)色(se)(se)(se)、藍(lan)色(se)(se)(se)、白色(se)(se)(se),還可以作(zuo)為(wei)變色(se)(se)(se)背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan),已(yi)有許多產(chan)(chan)品(pin)進入生產(chan)(chan)及(ji)應(ying)用階段。最近,手機上液(ye)晶(jing)顯示(shi)屏(ping)用LED制作(zuo)背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan),提升了產(chan)(chan)品(pin)的檔次,效果很好。采用8個(ge)藍(lan)色(se)(se)(se)、24個(ge)綠色(se)(se)(se)、32個(ge)紅(hong)色(se)(se)(se)LuxeonLED制成(cheng)的15英寸(cun)(1英寸(cun)≈2.5厘(li)米(mi))液(ye)晶(jing)屏(ping)的背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan),可達到120W,2500 lm,亮(liang)度(du)18000nits(尼特,cd/m2)。22液(ye)晶(jing)屏(ping)背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan)也已(yi)制成(cheng),僅(jin)(jin)為(wei)6mm厚,不(bu)但混色(se)(se)(se)效果好,顯色(se)(se)(se)指數(shu)也達到80以上。大型背(bei)光源(yuan)(yuan)(yuan)雖處于(yu)開發階段,但潛力很大。
由(you)于發(fa)光二極管亮度的(de)提高和(he)價格的(de)下降(jiang),再加上(shang)長壽命、節電,驅動和(he)控(kong)制較霓虹燈簡易,不僅能(neng)閃爍,還(huan)能(neng)變色(se)(se)(se),所以(yi)用超高亮度LED做成(cheng)的(de)單(dan)色(se)(se)(se)、多(duo)色(se)(se)(se)乃至(zhi)變色(se)(se)(se)的(de)發(fa)光柱配以(yi)其他形(xing)狀的(de)各色(se)(se)(se)發(fa)光單(dan)元,裝(zhuang)飾(shi)高大建筑(zhu)物、橋梁(liang)、街道及廣場等景(jing)觀工程效果很好,呈現一派色(se)(se)(se)彩(cai)繽紛、星光閃爍及流光異(yi)彩(cai)的(de)景(jing)象。已有不少(shao)單(dan)位生(sheng)產LED光柱達萬米以(yi)上(shang),彩(cai)燈幾萬個,正逐(zhu)步(bu)推廣,估計會逐(zhu)步(bu)擴大單(dan)獨形(xing)成(cheng)一種(zhong)產業(ye)。
作為照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)光(guang)源(yuan)的(de)LED光(guang)源(yuan)應是白光(guang),作為軍用的(de)白光(guang)LED照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)燈具(ju),已有一些(xie)品種投入批量生產(chan)。由于(yu)(yu)(yu)LED光(guang)源(yuan)無紅外(wai)輻射,便(bian)于(yu)(yu)(yu)隱蔽,再加上(shang)它還具(ju)有耐振動(dong)、適合于(yu)(yu)(yu)蓄電池(chi)供電、結構(gou)固體(ti)化(hua)及攜帶方便(bian)等優點,將在特殊照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)光(guang)源(yuan)方面會有較大發展(zhan)(zhan)。作為民(min)間使用的(de)草坪燈、埋地燈已有規模生產(chan),也有用作顯微鏡視場照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)、手電、外(wai)科醫(yi)生的(de)頭燈、博物館(guan)或畫展(zhan)(zhan)的(de)照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)以(yi)及閱讀臺燈。
光(guang)是植物(wu)生長和發育最重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)環境因(yin)素(su)之一, 對(dui)植物(wu)的(de)(de)(de)生長發育、形(xing)態建成、光(guang)合(he)作用(yong)、物(wu)質(zhi)代謝及基因(yin)表達均有調控作用(yong),因(yin)此溫室補光(guang)是實(shi)現植物(wu)優(you)質(zhi)高產的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)途徑。近年來(lai),發光(guang)二極管在植物(wu)工(gong)廠中的(de)(de)(de)應用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)廣泛,LED光(guang)源的(de)(de)(de)波寬(kuan)窄(zhai)、能(neng)耗低、體積(ji)小、效率(lv)高、耐衰老(lao)、熱耗低的(de)(de)(de)優(you)點,使(shi)其成為了眾多(duo)光(guang)質(zhi)研究(jiu)人員(yuan)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)新光(guang)源。為止,大量應用(yong)LED光(guang)源研究(jiu)光(guang)環境對(dui)植物(wu)宏觀的(de)(de)(de)形(xing)態、產量、品(pin)質(zhi)的(de)(de)(de)影響,以及對(dui)細胞顯微結構、植物(wu)分化、次生代謝物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)影響的(de)(de)(de)研究(jiu)層出不窮。
在(zai)半導體照(zhao)明裝置中,通常采用高(gao)功率(lv)(lv)高(gao)亮度(du)的(de)發(fa)光(guang)二極(ji)管(guan)(LED)作(zuo)為光(guang)源(yuan),當(dang)在(zai)發(fa)光(guang)二極(ji)管(guan)中通以電(dian)流時,電(dian) 子與(yu)空穴會直接復合,從而(er)(er)釋(shi)放(fang)能量發(fa)光(guang),其(qi)具有功耗(hao)小、使用壽命長等(deng)優點,在(zai)照(zhao)明領域應用廣泛。然而(er)(er),目前的(de)光(guang)電(dian)轉換效率(lv)(lv)較低,有很(hen)大比重轉化為熱能,故(gu)LED芯片上(shang)的(de)功率(lv)(lv)密(mi)度(du)很(hen)大。大的(de)功率(lv)(lv)密(mi)度(du)對器件的(de)散(san)熱也提出了高(gao)的(de)要求,發(fa)光(guang)二極(ji)管(guan)中封裝件散(san)熱問題已成為影響其(qi)產業化發(fa)展的(de)重大問題。
LED 的散熱(re)機構一(yi)般有這幾種形式(shi):
1.利用(yong)熱(re)傳導金屬(shu)或散(san)(san)熱(re)鰭片與LED封裝件貼合散(san)(san)熱(re)。
2.加裝風扇強制散熱(re)。
3.在封裝件中設置流通液體散熱。
4.熱(re)管在封裝件中(zhong)的結(jie)合,利用熱(re)管內工(gong)作介(jie)質(zhi)相變時(shi)可吸收(shou)或散發熱(re)能(neng)。
熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)散熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)物質相變(bian)的(de)原理,具有可吸收或散發(fa)高(gao)熱(re)(re)(re)(re)能的(de)特(te)性,這(zhe)使得熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)成為(wei)具備極(ji)高(gao)的(de)熱(re)(re)(re)(re)傳導效率的(de)設備, 熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)冷卻主要是利(li)(li)用(yong)(yong)工作(zuo)流(liu)體(ti)在真(zhen)空中的(de)蒸(zheng)發(fa)與(yu)冷凝來傳遞熱(re)(re)(re)(re)量(liang),當熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)的(de)一端(duan)受熱(re)(re)(re)(re)時,毛細(xi)(xi)芯中的(de)工作(zuo)液(ye)體(ti)蒸(zheng)發(fa)汽化,蒸(zheng)汽在壓(ya)差之下流(liu)向另(ling)一端(duan)放出熱(re)(re)(re)(re)量(liang)并凝結(jie)成液(ye)體(ti),液(ye)體(ti)再沿多孔材料依靠毛細(xi)(xi)管(guan)(guan)作(zuo)用(yong)(yong)流(liu)回蒸(zheng)發(fa)端(duan),熱(re)(re)(re)(re)量(liang)得以沿熱(re)(re)(re)(re)管(guan)(guan)迅速傳遞。
傳統無機(ji)LED技術相對(dui)成熟且(qie)發光效率高(gao),在照明領域應(ying)用廣泛,但(dan)外(wai)延生長等制備(bei)工藝限制了其難用于(yu)大(da)面(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)柔(rou)性(xing)器(qi)件制備(bei)。有(you)(you)(you)機(ji)或量子點(dian)LED具(ju)(ju)有(you)(you)(you)易于(yu)大(da)面(mian)(mian)積(ji)(ji)成膜(mo)、可(ke)柔(rou)性(xing)化等優勢(shi),但(dan)是高(gao)亮(liang)度(du)下的(de)低(di)效率和(he)短壽命(ming)問題還亟待解決。金屬鹵化物鈣鈦礦型(xing)材(cai)料(liao)兼具(ju)(ju)無機(ji)和(he)有(you)(you)(you)機(ji)材(cai)料(liao)的(de)諸(zhu)多(duo)優點(dian)”。如可(ke)溶液法(fa)大(da)面(mian)(mian)積(ji)(ji)制備(bei)、帶隙可(ke)調、載流子遷移率高(gao)、熒光效率高(gao)等。因此,基于(yu)鈣鈦礦材(cai)料(liao)的(de)LED相較于(yu)傳統發光二極(ji)管具(ju)(ju)有(you)(you)(you)諸(zhu)多(duo)優勢(shi),尤其是可(ke)低(di)成本、大(da)面(mian)(mian)積(ji)(ji)制備(bei)高(gao)亮(liang)度(du)、高(gao)效率發光器(qi)件,對(dui)顯示(shi)與(yu)照明均具(ju)(ju)有(you)(you)(you)重要意義。
鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發光二極(ji)管發展迅速,自(zi)2014年(nian)劍橋(qiao)大學(xue)報道首篇外(wai)(wai)量子(zi)效率(EQE)為0.76%的(de)三維鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發光器 件以來(lai),經過(guo)短短五年(nian)的(de)發展,近紅外(wai)(wai)、紅光和綠光鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發光器件的(de)外(wai)(wai)量子(zi)效率均已(yi)突(tu)破20%。值得一提的(de)是中(zhong)國科(ke)學(xue)家在鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發光領域里的(de)多個方向(xiang)開創了全新(xin)的(de)研究方法。
2015年(nian),南(nan)(nan)京工(gong)(gong)業大(da)(da)學(xue)與(yu)浙江大(da)(da)學(xue)團隊合作報道(dao)了外(wai)(wai)(wai)量(liang)(liang)子(zi)(zi)效(xiao)率為3.5%的(de)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)發光二極管,為當(dang)時的(de)最高紀(ji)錄(lu),也是國內在此(ci)領(ling)域的(de)首(shou)篇論文。隨后(hou),北京理(li)工(gong)(gong)大(da)(da)學(xue)和南(nan)(nan)京理(li)工(gong)(gong)大(da)(da)學(xue)相繼(ji)報道(dao)了基于量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)的(de)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED。2016年(nian),南(nan)(nan)京工(gong)(gong)業大(da)(da)學(xue)采(cai)用具有多量(liang)(liang)子(zi)(zi)阱(jing)結構(gou)的(de)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)實(shi)現了外(wai)(wai)(wai)量(liang)(liang)子(zi)(zi)效(xiao)率突破(po)10%的(de)近(jin)紅外(wai)(wai)(wai)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED, 相關成果于2016年(nian)發表于《Nature Photonics》。采(cai)用類似方法(fa),中國科學(xue)院半導(dao)體研究(jiu)所(suo)將(jiang)綠(lv)光鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED的(de)外(wai)(wai)(wai)量(liang)(liang)子(zi)(zi)效(xiao)率提高到(dao)14.36%。2018年(nian),南(nan)(nan)京工(gong)(gong)業大(da)(da)學(xue)首(shou)次將(jiang)近(jin)紅外(wai)(wai)(wai)鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED外(wai)(wai)(wai)量(liang)(liang)子(zi)(zi)效(xiao)率提升至20.7%,性能(neng)媲美已產(chan) 業化的(de)有機(ji)和量(liang)(liang)子(zi)(zi)LED。同年(nian),華僑大(da)(da)學(xue)”州將(jiang)綠(lv)光鈣(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)LED的(de)EQE提升至20.3%。
這兩(liang)項國內成果被《Nature》 邀請的領域專家評述為“突(tu)破(po)性(xing)成果”, “是(shi)鈣鈦礦(kuang)材料在(zai)發光二極管中應用的里程(cheng)碑式跨越”, “使鈣鈦礦(kuang)LED技術(shu)突(tu)破(po)性(xing)能障(zhang)礙,將推動鈣鈦礦(kuang)LED的產業化發展”。總體(ti)來說,目前中國在(zai)鈣鈦礦(kuang)LED研究(jiu)方面處于世界領先(xian)地位,特別是(shi)在(zai)高亮度、高穩(wen)定性(xing)鈣鈦礦(kuang)發光器件(jian)方面,已經取得具有(you)自主知識(shi)產權。有(you)世界影響力的創新成果。
盡管(guan)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED的研究已(yi)經取得了(le)很(hen)大(da)的進(jin)展,但(dan)其(qi)發(fa)展仍然面(mian)臨著諸(zhu)多挑戰。首(shou)先,鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED的穩(wen)定性(xing)(xing)問(wen)題需要解(jie)決(jue)。目前(qian)通過材(cai)料設(she)計、器件結構及界面(mian)優化(hua)等(deng)方(fang)法已(yi)大(da)大(da)提(ti)升了(le)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED的穩(wen)定性(xing)(xing),但(dan)尚(shang)未達到(dao)產業(ye)化(hua)的要求。其(qi)次,鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)材(cai)料中(zhong)鉛元(yuan)(yuan)素的毒(du)性(xing)(xing)可能是其(qi)產業(ye)化(hua)道路上的一個障礙。研究發(fa)現許多元(yuan)(yuan)素(如(ru)(ru)錫、銅、 鍺及銀(yin)等(deng))在(zai)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)材(cai)料中(zhong)可以替代鉛元(yuan)(yuan)素,但(dan)目前(qian)利用這些元(yuan)(yuan)素制(zhi)備的器件性(xing)(xing)能還不及鉛基鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED。此(ci)外(wai), 大(da)面(mian)積(ji)模塊(kuai)化(hua)制(zhi)備鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED仍處于萌芽期(qi),如(ru)(ru)何發(fa)展制(zhi)備工藝來(lai)進(jin)行可控大(da)面(mian)積(ji)生產還需要解(jie)決(jue)。
總之,鈣鈦(tai)礦發(fa)光材料與器(qi)(qi)件具(ju)有(you)(you)(you)誘人的(de)(de)(de)發(fa)展前(qian)景(jing), 未來隨著對材料理解(jie)的(de)(de)(de)深入(ru)及工藝技術的(de)(de)(de)進步,有(you)(you)(you)望(wang)進一 步提高器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)效率(lv)和穩定(ding)性,推進其產業(ye)化進程。在不(bu)遠的(de)(de)(de)將來,鈣鈦(tai)礦LED將會(hui)以其優異的(de)(de)(de)性能和低廉的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)成(cheng)為新一代顯(xian)示與照明的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)力競爭者,在未來照明與顯(xian)示產業(ye)中占有(you)(you)(you)重(zhong)要地位(wei)。