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簡介

發光二極管簡(jian)稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。

當電子與空穴復合時能輻(fu)射出可見光(guang)(guang)(guang)(guang)，因(yin)而(er)可以用來制成(cheng)發光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)極管(guan)。在電路(lu)及(ji)儀(yi)器中作為指示(shi)燈(deng)，或者組成(cheng)文(wen)字(zi)或數(shu)字(zi)顯(xian)示(shi)。砷(shen)化鎵二(er)極管(guan)發紅光(guang)(guang)(guang)(guang)，磷化鎵二(er)極管(guan)發綠光(guang)(guang)(guang)(guang)，碳化硅二(er)極管(guan)發黃(huang)光(guang)(guang)(guang)(guang)，氮(dan)化鎵二(er)極管(guan)發藍(lan)光(guang)(guang)(guang)(guang)。因(yin)化學性質(zhi)又分有(you)機發光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)極管(guan)OLED和無機發光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)極管(guan)LED。

LED最初(chu)用(yong)(yong)(yong)于(yu)儀器儀表的指示性(xing)照(zhao)明(ming)，隨(sui)后擴展(zhan)到(dao)交通(tong)信號燈。再到(dao)景觀照(zhao)明(ming)、車用(yong)(yong)(yong)照(zhao)明(ming)和手(shou)機鍵盤及(ji)背光(guang)(guang)源(yuan)。后來發(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)出微(wei)型(xing)(xing)發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)極管(guan)(guan)(micro-LED)的新技術(shu)，其將原(yuan)本發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)極管(guan)(guan)的尺寸大(da)幅(fu)縮(suo)小，用(yong)(yong)(yong)可獨立(li)發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)的紅、藍、綠微(wei)型(xing)(xing)發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)極管(guan)(guan)成陣(zhen)列(lie)排列(lie)形成顯(xian)示陣(zhen)列(lie)用(yong)(yong)(yong)于(yu)顯(xian)示技術(shu)領域(yu)。微(wei)型(xing)(xing)發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)極管(guan)(guan)具有(you)自發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)顯(xian)示特性(xing)，比自發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)顯(xian)示的有(you)機發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)(er)(er)極管(guan)(guan)(Organic Light Emitting DiodeOLED)效率高、壽命較長、材(cai)料不易(yi)受(shou)到(dao)環境影響(xiang)而(er)相(xiang)對穩(wen)定。

工作原理

發光(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)與普通(tong)二(er)(er)極(ji)管(guan)一樣(yang)是由一個PN結(jie)組成，也具(ju)有單向導(dao)電(dian)(dian)(dian)性(xing)。當(dang)(dang)給發光(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)加上(shang)正(zheng)向電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)后，從(cong)P區(qu)注入到N區(qu)的(de)空穴(xue)(xue)和(he)(he)由N區(qu)注入到P區(qu)的(de)電(dian)(dian)(dian)子，在PN結(jie)附近數微米(mi)內(nei)分別與N區(qu)的(de)電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)P區(qu)的(de)空穴(xue)(xue)復合，產生自發輻(fu)射的(de)熒(ying)光(guang)。不(bu)同(tong)(tong)的(de)半導(dao)體材料中電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)空穴(xue)(xue)所(suo)處的(de)能量狀態不(bu)同(tong)(tong)。當(dang)(dang)電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)空穴(xue)(xue)復合時釋放出的(de)能量多少不(bu)同(tong)(tong)，釋放出的(de)能量越多，則發出的(de)光(guang)的(de)波長越短。常用的(de)是發紅光(guang)、綠光(guang)或黃光(guang)的(de)二(er)(er)極(ji)管(guan)。發光(guang)二(er)(er)極(ji)管(guan)的(de)反向擊穿電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)大(da)于5伏(fu)。它的(de)正(zheng)向伏(fu)安特性(xing)曲線(xian)很陡，使(shi)用時必(bi)須串(chuan)聯限流電(dian)(dian)(dian)阻以控制通(tong)過二(er)(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)(dian)(dian)流。

發(fa)光(guang)二極(ji)(ji)管的核心部分是由P型半導體(ti)和N型半導體(ti)組成(cheng)的晶(jing)片，在(zai)P型半導體(ti)和N型半導體(ti)之間有一個(ge)過渡層(ceng)，稱為PN結。在(zai)某些半導體(ti)材料的PN結中(zhong)，注(zhu)入(ru)(ru)的少數(shu)(shu)載流子與多(duo)(duo)數(shu)(shu)載流子復合時(shi)會把多(duo)(duo)余的能量(liang)以光(guang)的形(xing)式釋(shi)放出來，從而把電(dian)能直接轉(zhuan)換為光(guang)能。PN結加反向(xiang)電(dian)壓，少數(shu)(shu)載流子難以注(zhu)入(ru)(ru)，故不發(fa)光(guang)。當它處(chu)于正(zheng)向(xiang)工作狀(zhuang)態時(shi)（即兩端加上正(zheng)向(xiang)電(dian)壓），電(dian)流從LED陽(yang)極(ji)(ji)流向(xiang)陰(yin)極(ji)(ji)時(shi)，半導體(ti)晶(jing)體(ti)就(jiu)發(fa)出從紫外到紅外不同顏色的光(guang)線(xian)，光(guang)的強弱與電(dian)流有關。

傳統發光二極管所(suo)(suo)使用(yong)的(de)無機(ji)半導體(ti)物料和(he)所(suo)(suo)它(ta)們發光的(de)顏色

LED材料

材料化學式

顏色

鋁(lv)砷(shen)化(hua)鎵(jia) 砷(shen)化(hua)鎵(jia) 砷(shen)化(hua)鎵(jia)磷(lin)化(hua)物磷(lin)化(hua)銦鎵(jia) 鋁(lv)磷(lin)化(hua)鎵(jia)（摻雜氧(yang)化(hua)鋅）

AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO

紅色及紅外線

鋁磷(lin)化鎵銦氮化鎵/氮化鎵磷(lin)化鎵磷(lin)化銦鎵鋁鋁磷(lin)化鎵

InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP

綠色

磷化鋁銦鎵砷化鎵磷化物磷化銦鎵鋁磷化鎵

GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP

高亮(liang)度(du)的橘紅色(se)，橙色(se)，黃色(se)，綠色(se)

磷砷化鎵

GaAsP

紅色(se)，橘紅色(se)，黃色(se)

磷化鎵(jia) 硒化鋅銦氮化鎵(jia) 碳化硅

GaP ZnSe InGaN SiC

紅色，黃色，綠色

氮化鎵

GaN

綠(lv)色(se)，翠綠(lv)色(se)，藍色(se)

銦氮化鎵

InGaN

近紫(zi)外線，藍(lan)綠色，藍(lan)色

碳化硅(用作襯底)

SiC

藍色

硅(用作襯底)

藍色

藍(lan)寶(bao)石(用作(zuo)襯底(di))

Al2O3

藍色

硒化鋅

ZnSe

藍色

鉆石

紫外線

氮(dan)化鋁,氮(dan)化鋁鎵

AlN AlGaN

波長為遠至近的(de)紫外線

LED燈特點

LED燈(deng)就是發(fa)光二極管(guan)，是采用固體(ti)半導(dao)體(ti)芯片為發(fa)光材料(liao)，與傳統燈(deng)具相比，LED燈(deng)節能(neng)、環保、顯色性(xing)與響(xiang)應速度好。

（一）節能是LED燈最突出的特點

在能耗方(fang)面，LED燈(deng)的(de)能耗是(shi)白熾燈(deng)的(de)十分之一，是(shi)節能燈(deng)的(de)四(si)分之一。這是(shi)LED燈(deng)的(de)一個最大的(de)特點(dian)。現(xian)在的(de)人們都崇尚節能環(huan)保，也正是(shi)因為節能的(de)這個特點(dian)，使得LED燈(deng)的(de)應用(yong)范圍十分廣泛，使得LED燈(deng)十分的(de)受歡迎。

（二）可以在高速開(kai)關(guan)狀態工(gong)作

我們平(ping)時(shi)(shi)走在馬路上，會(hui)發現(xian)每一個LED組成的(de)(de)屏(ping)幕或者畫面都是變化莫測的(de)(de)。這(zhe)說(shuo)明LED燈(deng)(deng)是可以進行高速開(kai)關工作的(de)(de)。但是，對于我們平(ping)時(shi)(shi)使(shi)用的(de)(de)白熾燈(deng)(deng)，則(ze)達不到這(zhe)樣(yang)的(de)(de)工作狀態。在平(ping)時(shi)(shi)生(sheng)活的(de)(de)時(shi)(shi)候，如果開(kai)關的(de)(de)次數過多，將直(zhi)接導致白熾燈(deng)(deng)燈(deng)(deng)絲(si)斷裂。這(zhe)個也是LED燈(deng)(deng)受(shou)歡迎的(de)(de)重要原因。

（三）環保

LED燈(deng)內部(bu)不含(han)有任何的(de)(de)(de)汞等重金屬材料(liao)，但(dan)是熒光燈(deng)中含(han)有，這就體現(xian)了LED燈(deng)環(huan)保(bao)的(de)(de)(de)特點。現(xian)在的(de)(de)(de)人(ren)(ren)都十分重視環(huan)保(bao)，所以，會有更(geng)多的(de)(de)(de)人(ren)(ren)愿意選擇環(huan)保(bao)的(de)(de)(de)LED燈(deng)。

（四）響應速度快

LED燈(deng)還有一(yi)個突出的特點，就是反(fan)應的速度比(bi)較(jiao)快。只要一(yi)接通(tong)電源，LED燈(deng)馬上就會亮(liang)起(qi)來。對比(bi)我(wo)們平(ping)時(shi)使用的節能(neng)燈(deng)，其反(fan)應速度更(geng)快，在(zai)打開傳統燈(deng)泡時(shi)，往(wang)往(wang)需要很長的時(shi)間才能(neng)照(zhao)亮(liang)房間，在(zai)燈(deng)泡徹底的發熱之后，才能(neng)亮(liang)起(qi)來。

（五(wu)）相較于其他的光源，LED燈更“干凈”

所謂的(de)(de)“干凈”不(bu)是(shi)指的(de)(de)燈表面以及內部(bu)的(de)(de)干凈，而是(shi)這個燈是(shi)屬(shu)于冷光源的(de)(de)，不(bu)會產生太(tai)多的(de)(de)熱量(liang)，不(bu)會吸(xi)引(yin)那(nei)些喜光喜熱的(de)(de)昆蟲。特別(bie)是(shi)在夏天，農村的(de)(de)蟲子會特別(bie)的(de)(de)多。

有(you)的蟲(chong)(chong)子(zi)天性喜(xi)熱(re)，白熾燈(deng)(deng)和節能燈(deng)(deng)在使(shi)用一段時間之后都會(hui)(hui)產(chan)生熱(re)量，這(zhe)個(ge)熱(re)量正(zheng)好是蟲(chong)(chong)子(zi)喜(xi)歡(huan)的，就容易吸(xi)引蟲(chong)(chong)子(zi)過來(lai)。這(zhe)無疑會(hui)(hui)對燈(deng)(deng)表面帶(dai)來(lai)很(hen)多的污染物，而(er)且(qie)，蟲(chong)(chong)子(zi)的排(pai)(pai)泄物還會(hui)(hui)使(shi)得(de)室內變得(de)很(hen)臟。但是，LED燈(deng)(deng)是冷光源，不(bu)會(hui)(hui)吸(xi)引蟲(chong)(chong)子(zi)過來(lai)的，這(zhe)樣，就不(bu)會(hui)(hui)產(chan)生蟲(chong)(chong)子(zi)的排(pai)(pai)泄物。所以說(shuo)，LED燈(deng)(deng)更加(jia)的 “干凈”。

半(ban)(ban)導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)應用范(fan)圍廣(guang)，功耗小，使(shi)用壽命長，低碳環保。我國半(ban)(ban)導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)應用非常廣(guang)泛，居民家庭中的(de)(de)很多(duo)照明設備(bei)都使(shi)用了半(ban)(ban)導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)，大部分路燈(deng)也使(shi)用了半(ban)(ban)導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)路燈(deng)作為照明光(guang)(guang)(guang)源，部分道路的(de)(de)照明燈(deng)具還結(jie)合了太陽能技術，可節省大量電能。感(gan)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)根據材質(zhi)的(de)(de)不同(tong)，可以分成(cheng)砷鋁化鎵(jia)感(gan)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、磷砷化鋁感(gan)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、磷化鎵(jia)感(gan)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)和砷化鋁感(gan)光(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)等。

主要分類

發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)還可分為普通單色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、高(gao)亮度(du)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、超高(gao)亮度(du)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、變(bian)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、閃(shan)爍發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、電壓控制(zhi)型發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)、紅外發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)和負阻發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)等。

LED的(de)控制(zhi)模式有恒流和恒壓兩種，有多種調光方式，比如模擬調光和PWM調光，大多數的(de)LED都采用的(de)是恒流控制(zhi)，這樣可以保(bao)持(chi)LED電流的(de)穩定，不易(yi)受VF的(de)變化，可以延(yan)長LED燈具的(de)使用壽(shou)命。

單色發光二極管

普通(tong)單色(se)發光二極管(guan)

普通單色發(fa)光二(er)極管具有體(ti)積小(xiao)、工(gong)作電(dian)(dian)(dian)壓低(di)、工(gong)作電(dian)(dian)(dian)流小(xiao)、發(fa)光均(jun)勻(yun)穩定、響應速度快(kuai)、壽命長等優(you)點(dian)(dian)，可用(yong)各(ge)種直流、交流、脈沖等電(dian)(dian)(dian)源(yuan)驅動(dong)點(dian)(dian)亮。它(ta)屬于電(dian)(dian)(dian)流控制型半導體(ti)器件，使用(yong)時需串接合適的限流電(dian)(dian)(dian)阻。

普通(tong)單色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)顏(yan)色(se)(se)與發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)的波(bo)長(chang)(chang)有關，而發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)的波(bo)長(chang)(chang)又取決于(yu)制造發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)所用的半導(dao)體材料。紅色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的波(bo)長(chang)(chang)一(yi)般(ban)為(wei)(wei)650～700nm，琥(hu)珀色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的波(bo)長(chang)(chang)一(yi)般(ban)為(wei)(wei)630～650nm ，橙色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的波(bo)長(chang)(chang)一(yi)般(ban)為(wei)(wei)610～630nm左(zuo)右，黃色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的波(bo)長(chang)(chang)一(yi)般(ban)為(wei)(wei)585nm左(zuo)右，綠色(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)的波(bo)長(chang)(chang)一(yi)般(ban)為(wei)(wei)555～570nm。

高亮度單(dan)色發光二極管

高亮(liang)(liang)度(du)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)和超高亮(liang)(liang)度(du)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)的半導體材(cai)料(liao)與普通(tong)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)不(bu)同(tong)，所以發(fa)光的強度(du)也(ye)不(bu)同(tong)。通(tong)常，高亮(liang)(liang)度(du)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)砷(shen)鋁化(hua)鎵（GaAlAs）等(deng)材(cai)料(liao)，超高亮(liang)(liang)度(du)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)磷銦砷(shen)化(hua)鎵（GaAsInP）等(deng)材(cai)料(liao)，而普通(tong)單色(se)(se)發(fa)光二(er)(er)極(ji)管(guan)(guan)(guan)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)磷化(hua)鎵（GaP）或(huo)磷砷(shen)化(hua)鎵（GaAsP）等(deng)材(cai)料(liao)。

變色發光二極管

變(bian)(bian)色(se)發光(guang)二極管(guan)是能變(bian)(bian)換發光(guang)顏色(se)的(de)發光(guang)二極管(guan)。變(bian)(bian)色(se)發光(guang)二極管(guan)發光(guang)顏色(se)種類可分(fen)為雙色(se)發光(guang)二極管(guan)、三色(se)發光(guang)二極管(guan)和(he)多色(se)（有紅、藍、綠(lv)、白四種顏色(se)）發光(guang)二極管(guan)。

變色發光(guang)二(er)極管按引腳數(shu)量可分(fen)為二(er)端(duan)變色發光(guang)二(er)極管、三端(duan)變色發光(guang)二(er)極管、四端(duan)變色發光(guang)二(er)極管和六端(duan)變色發光(guang)二(er)極管。

閃爍發光二極管

閃爍發光(guang)二極(ji)管（BTS）是一種由CMOS集(ji)成電路和(he)發光(guang)二極(ji)管組成的特殊發光(guang)器件，可用于報警指(zhi)示(shi)及欠壓、超壓指(zhi)示(shi)。

閃(shan)(shan)爍發光(guang)二(er)極管在使用時(shi)，無須外(wai)接其(qi)它元件，只要在其(qi)引腳(jiao)兩(liang)端加上適當的直(zhi)流工作電壓（5V）即可閃(shan)(shan)爍發光(guang)。

紅外發光二極管

紅外(wai)發(fa)光(guang)(guang)(guang)二(er)極(ji)管也稱紅外(wai)線(xian)發(fa)射二(er)極(ji)管，它是可以(yi)將(jiang)電(dian)能直接轉換成紅外(wai)光(guang)(guang)(guang)（不可見(jian)光(guang)(guang)(guang)）并能輻射出去的發(fa)光(guang)(guang)(guang)器件，主要應用于各(ge)種(zhong)光(guang)(guang)(guang)控(kong)及遙(yao)控(kong)發(fa)射電(dian)路中。

紅外(wai)發(fa)(fa)光二極管的(de)結(jie)構、原理與普(pu)通發(fa)(fa)光二極管相近(jin)，只是使用(yong)的(de)半(ban)導體材(cai)料(liao)不同。紅外(wai)發(fa)(fa)光二極管通常(chang)使用(yong)砷化鎵(jia)（GaAs）、砷鋁化鎵(jia)（GaAlAs）等材(cai)料(liao)，采用(yong)全透明或淺藍(lan)色、黑色的(de)樹脂(zhi)封裝(zhuang)。

常用的紅(hong)外發光二極(ji)管有(you)SIR系(xi)列(lie)(lie)、SIM系(xi)列(lie)(lie)、PLT系(xi)列(lie)(lie)、GL系(xi)列(lie)(lie)、HIR系(xi)列(lie)(lie)和HG系(xi)列(lie)(lie)等。

紫外發光二極管

基于半(ban)導(dao)(dao)體材料的(de)紫(zi)(zi)外(wai)(wai)發(fa)光二極管(UV LED)具(ju)有節能、環保(bao)和(he)壽命長等(deng)優(you)點(dian)，在(zai)殺菌消毒、醫療和(he)生化檢測等(deng)領域(yu)有重大的(de)應用(yong)價值。近(jin)年來(lai)，半(ban)導(dao)(dao)體紫(zi)(zi)外(wai)(wai)光電材料和(he)器(qi)件在(zai)全(quan)球引起(qi)越來(lai)越多(duo)的(de)關(guan)注(zhu)，成為研(yan)(yan)發(fa)熱點(dian)。 2018年12月9一12日(ri)，由中國科學院半(ban)導(dao)(dao)體研(yan)(yan)究所主辦的(de)第(di)三屆“國際紫(zi)(zi)外(wai)(wai)材料與器(qi)件研(yan)(yan)討會(hui)” (IWUMD一2018)在(zai)云南(nan)昆明(ming)召開，來(lai)自(zi)十二個國家(jia)的(de)270余位代表出席了會(hui)議(yi)。本次會(hui)議(yi)匯聚了國內外(wai)(wai)在(zai)紫(zi)(zi)外(wai)(wai)發(fa)光二極管材料和(he)器(qi)件相關(guan)領域(yu)的(de)多(duo)位頂尖專家(jia)的(de)最新(xin)研(yan)(yan)發(fa)成果報告。

紫(zi)(zi)外(wai)發(fa)(fa)(fa)光(guang)二極(ji)(ji)管是氮化(hua)物技(ji)術(shu)(shu)發(fa)(fa)(fa)展和(he)(he)第(di)(di)(di)三(san)(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)材料(liao)(liao)技(ji)術(shu)(shu)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)主要趨勢，擁有廣闊的(de)(de)應用(yong)(yong)前景。中國科技(ji)部為了加(jia)快第(di)(di)(di)三(san)(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)固態紫(zi)(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)的(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展，爭施(shi)了“第(di)(di)(di)三(san)(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)固態紫(zi)(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)材料(liao)(liao)及(ji)器(qi)件關鍵技(ji)術(shu)(shu)”重(zhong)點研發(fa)(fa)(fa)計劃(hua)專項（2016YFB0400800）。國家重(zhong)點研發(fa)(fa)(fa)計劃(hua)的(de)(de)支持(chi)和(he)(he)國際紫(zi)(zi)外(wai)材料(liao)(liao)與器(qi)件研討會的(de)(de)舉辦，將(jiang)為加(jia)快實現(xian)我國第(di)(di)(di)三(san)(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)紫(zi)(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)的(de)(de)市場化(hua)應用(yong)(yong)，帶動我國紫(zi)(zi)外(wai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)(ti)發(fa)(fa)(fa)光(guang)二極(ji)(ji)管材料(liao)(liao)和(he)(he)器(qi)件技(ji)術(shu)(shu)創(chuang)親(qin)及(ji)產(chan)業化(hua)發(fa)(fa)(fa)展發(fa)(fa)(fa)揮積極(ji)(ji)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。

有機發光二極管

1987年(nian)，柯(ke)達(da)公司鄧青云等成功制(zhi)備(bei)了(le)低電壓、高(gao)亮(liang)度的(de)(de)(de)有(you)機(ji)發光(guang)二極管(guan)（OLED），第一(yi)次向(xiang)世界展示了(le)OLED在商(shang)業上的(de)(de)(de)應(ying)用前(qian)景(jing)‘“。1995年(nian)，Kido在science雜志上發表(biao)(biao)了(le)白光(guang)有(you)機(ji)發光(guang)二極管(guan)（wOLED）的(de)(de)(de)文章，雖然效(xiao)率不高(gao)，但揭開了(le)OLED照明研究(jiu)的(de)(de)(de)序幕。經過(guo)幾(ji)十(shi)年(nian)的(de)(de)(de)發展，OLED的(de)(de)(de)效(xiao)率和穩(wen)定性早已滿足小尺寸顯示器的(de)(de)(de)要(yao)求，受到眾多高(gao)端儀器儀表(biao)(biao)、手機(ji)和移動終端公司的(de)(de)(de)青睞，大(da)尺寸技術也日漸完善。

OLED材(cai)料的(de)(de)發(fa)展是OLED產業蓬(peng)勃發(fa)展的(de)(de)基(ji)礎(chu)。最早的(de)(de)OLED發(fa)光(guang)(guang)材(cai)料是熒(ying)光(guang)(guang)材(cai)料，但熒(ying)光(guang)(guang)材(cai)料由(you)于(yu)自旋(xuan)(xuan)阻禁，其理論(lun)內量子(zi)效(xiao)率上限僅能達到25%。1998年，Ma以及(ji)Forrest和Thompson等先(xian)后(hou)報道(dao)了(le)磷(lin)光(guang)(guang)材(cai)料在(zai)OLED材(cai)料中的(de)(de)應用，從而(er)(er)為突破(po)自旋(xuan)(xuan)統計規律(lv)、100%地利用所有(you)(you)激子(zi)的(de)(de)能量開辟(pi)了(le)道(dao)路。但是磷(lin)光(guang)(guang)材(cai)料也存在(zai)一定的(de)(de)問題，由(you)于(yu)含(han)有(you)(you)貴金屬，價格(ge)很高而(er)(er)且藍(lan)光(guang)(guang)材(cai)料的(de)(de)穩定性長期停(ting)滯不前。

2009年，日(ri)本九州大學的(de)(de)Adachi教(jiao)授首次將熱活化(hua)延遲(chi)熒光(guang)（TADF）材料(liao)引(yin)入OLED。此(ci)類材料(liao)具(ju)有極低的(de)(de)單三(san)線(xian)態(tai)能(neng)隙，可通過三(san)線(xian)態(tai)激(ji)子(zi)(zi)的(de)(de)反向系間(jian)竄越（RISC）實現100%的(de)(de)理論內量子(zi)(zi)效率。材料(liao)體(ti)系和器件結構的(de)(de)日(ri)漸完善，使得(de)OLED在顯示領域嶄露(lu)頭角。另一方(fang)面，WOLED具(ju)有發光(guang)效率高(gao)、光(guang)譜可調、藍(lan)光(guang)成分(fen)少和面光(guang)源(yuan)等一系列優勢，作為低色溫、無藍(lan)害(hai)的(de)(de)高(gao)效光(guang)源(yuan)，有望成為未(wei)來健康照明的(de)(de)新(xin)趨勢。

生產

材料

LED五大原物(wu)料分(fen)別(bie)是指(zhi)：晶(jing)片，支架，銀膠(jiao)，金線，環氧樹脂

晶片

晶(jing)(jing)片(pian)的構成：由(you)(you)金墊(dian)，P極，N極，PN結(jie)，背金層(ceng)(ceng)構成（雙pad晶(jing)(jing)片(pian)無背金層(ceng)(ceng)）。晶(jing)(jing)片(pian)是由(you)(you)P層(ceng)(ceng)半(ban)導體(ti)元素(su)，N層(ceng)(ceng)半(ban)導體(ti)元素(su)靠(kao)電(dian)子移(yi)動(dong)而(er)重新(xin)排(pai)列組合(he)成的PN結(jie)合(he)體(ti)。也正是這種變化使晶(jing)(jing)片(pian)能夠處于(yu)一個相(xiang)對穩(wen)定(ding)的狀態。在晶(jing)(jing)片(pian)被一定(ding)的電(dian)壓(ya)施(shi)加正向(xiang)(xiang)電(dian)極時(shi)，正向(xiang)(xiang)P區的空(kong)(kong)(kong)穴(xue)則(ze)會源(yuan)源(yuan)不斷的游(you)向(xiang)(xiang)N區，N區的電(dian)子則(ze)會相(xiang)對于(yu)孔穴(xue)向(xiang)(xiang)P區運動(dong)。在電(dian)子，空(kong)(kong)(kong)穴(xue)相(xiang)對移(yi)動(dong)的同時(shi)，電(dian)子空(kong)(kong)(kong)穴(xue)互(hu)相(xiang)結(jie)對，激(ji)發(fa)出光子，產生光能。

主要分(fen)類(lei)，表面(mian)發光(guang)(guang)型(xing)(xing)：光(guang)(guang)線(xian)大部分(fen)從(cong)晶片表面(mian)發出。五面(mian)發光(guang)(guang)型(xing)(xing)：表面(mian)，側面(mian)都有較(jiao)多的(de)光(guang)(guang)線(xian)射出按發光(guang)(guang)顏色分(fen)，紅，橙，黃(huang)，黃(huang)綠(lv)，純綠(lv)，標(biao)準(zhun)綠(lv)，藍綠(lv)，藍。

支架

支架的結(jie)構1層是鐵，2層鍍銅（導電性好(hao)，散熱快），3層鍍鎳(nie)（防氧化），4層鍍銀（反光(guang)性好(hao)，易焊線）

銀膠(jiao)（因種類較多(duo)，我們(men)以H20E為例）

也叫白膠(jiao)，乳白色(se)，導通粘合(he)作用(yong)（烘(hong)烤溫度(du)為(wei)：100°C/1.5H）銀(yin)(yin)粉（導電(dian)，散熱，固(gu)定晶片）+環氧樹脂（固(gu)化(hua)銀(yin)(yin)粉）+稀(xi)釋劑（易于攪拌(ban)）。儲藏條(tiao)件：銀(yin)(yin)膠(jiao)的(de)(de)制(zhi)造商一般(ban)將銀(yin)(yin)膠(jiao)以(yi)-40 °C 儲藏，應用(yong)單位一般(ban)將銀(yin)(yin)膠(jiao)以(yi)-5 °C 儲藏。單劑為(wei)25 °C/1年(nian)（干(gan)燥，通風的(de)(de)地(di)方），混合(he)劑25 °C/72小時（但在上線作業時因其他的(de)(de)因素“溫濕度(du)、通風的(de)(de)條(tiao)件”，為(wei)保證產品的(de)(de)質量一般(ban)的(de)(de)混合(he)劑使(shi)用(yong)時間為(wei)4小時）

烘烤條(tiao)件(jian)：150 °C/1.5H

攪拌條件：順(shun)一個方向均勻攪拌15分(fen)鐘

金線（以φ1.0mil為例）

LED所用到的(de)金(jin)線(xian)有(you)φ1.0mil、 φ1.2mil，金(jin)線(xian)的(de)材(cai)質(zhi)，LED用金(jin)線(xian)的(de)材(cai)質(zhi)一般含金(jin)量(liang)為(wei)99.9%，金(jin)線(xian)的(de)用途

利用其含金量高材(cai)質較軟(ruan)、易(yi)變(bian)形(xing)且導電(dian)性(xing)好(hao)、散熱性(xing)好(hao)的(de)特性(xing)，讓晶片(pian)與支架間形(xing)成一閉合電(dian)路。（換(huan)算關系(xi)：1 mil = 0.0254mm , 1 in = 25.4mm ）

環氧樹脂（以EP400為例）

組成：A、B兩組劑份:

A膠：是主劑(ji)，由環氧(yang)樹脂+消泡劑(ji)+耐熱劑(ji)+稀(xi)釋劑(ji)

B劑：是(shi)固化劑，由酸(suan)酣(han)+離模劑+促進劑

使用條件：

混合(he)比(bi)：A/B=100/100（重量比(bi)）

混合(he)粘度：500-700CPS/30 °C

膠化時間：120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘

可使(shi)用條件：室溫(wen)25 °C約(yue)6小時。一般根據產(chan)線的生產(chan)需要，我們將它的使(shi)用條件定為2小時。

硬(ying)化條件(jian)：初期(qi)硬(ying)化110 °C—140 °C 25—40分鐘

后期硬(ying)化100 °C*6—10小時（可以(yi)視實(shi)際需要做機動(dong)性調整）

工藝

芯片檢驗

鏡檢：材料(liao)表面是(shi)否(fou)有機械損傷及麻(ma)點(dian)麻(ma)坑lockhill芯片(pian)尺寸及電(dian)極(ji)大小是(shi)否(fou)符(fu)合工藝(yi)要(yao)求電(dian)極(ji)圖案是(shi)否(fou)完(wan)整。

LED擴片

由于(yu)LED芯(xin)片在劃片后(hou)依然排列緊密(mi)間距很(hen)小（約(yue)0.1mm），不(bu)利于(yu)后(hou)工(gong)序的(de)操作(zuo)。采用擴片機對(dui)黏結(jie)芯(xin)片的(de)膜進行擴張(zhang)(zhang)，使LED芯(xin)片的(de)間距拉伸到約(yue)0.6mm。也可(ke)以采用手工(gong)擴張(zhang)(zhang)，但很(hen)容易造成芯(xin)片掉落浪費(fei)等不(bu)良(liang)問題。

LED點膠

在(zai)LED支架的(de)相應位置點上銀膠(jiao)(jiao)或絕(jue)緣膠(jiao)(jiao)。對(dui)于GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的(de)紅(hong)光(guang)、黃光(guang)、黃綠芯(xin)片(pian)，采(cai)用銀膠(jiao)(jiao)。對(dui)于藍寶石絕(jue)緣襯底的(de)藍光(guang)、綠光(guang)LED芯(xin)片(pian)，采(cai)用絕(jue)緣膠(jiao)(jiao)來固定芯(xin)片(pian)。

工(gong)(gong)藝難點在(zai)(zai)于(yu)點膠(jiao)量的(de)(de)控制，在(zai)(zai)膠(jiao)體高度、點膠(jiao)位置均(jun)有詳(xiang)細的(de)(de)工(gong)(gong)藝要(yao)求(qiu)。由于(yu)銀(yin)膠(jiao)和(he)絕緣膠(jiao)在(zai)(zai)貯存和(he)使用(yong)均(jun)有嚴(yan)格(ge)的(de)(de)要(yao)求(qiu)，提醒：銀(yin)膠(jiao)的(de)(de)醒料、攪拌、使用(yong)時(shi)間都(dou)是工(gong)(gong)藝上必須注(zhu)意的(de)(de)事項(xiang)。

LED備膠

和點膠(jiao)(jiao)相反，備(bei)膠(jiao)(jiao)是用備(bei)膠(jiao)(jiao)機(ji)先(xian)把銀(yin)膠(jiao)(jiao)涂在LED背面(mian)電極上，然后把背部帶銀(yin)膠(jiao)(jiao)的LED安裝在LED支(zhi)架上。備(bei)膠(jiao)(jiao)的效率遠高于點膠(jiao)(jiao)，但不(bu)是所(suo)有(you)產(chan)品均適用備(bei)膠(jiao)(jiao)工(gong)藝。

LED手工刺片

將(jiang)擴張后LED芯(xin)片(pian)（備膠(jiao)或未備膠(jiao)）安(an)置在刺片(pian)臺(tai)的(de)夾具(ju)(ju)上，LED支架放在夾具(ju)(ju)底(di)下，在顯微鏡下用針將(jiang)LED芯(xin)片(pian)一個(ge)一個(ge)刺到相(xiang)應(ying)的(de)位置上。手工刺片(pian)和自(zi)動(dong)裝(zhuang)架相(xiang)比(bi)有一個(ge)好(hao)處，便于隨時更(geng)換不同的(de)芯(xin)片(pian)，適(shi)用于需(xu)要安(an)裝(zhuang)多種(zhong)芯(xin)片(pian)的(de)產品(pin)。

LED自動裝架

自(zi)(zi)動裝架(jia)(jia)其實是(shi)(shi)結(jie)合(he)了沾膠(jiao)（點(dian)膠(jiao)）和(he)安(an)裝芯(xin)片(pian)(pian)兩(liang)大步驟，先在LED支(zhi)架(jia)(jia)上(shang)(shang)點(dian)上(shang)(shang)銀(yin)膠(jiao)（絕緣膠(jiao)），然后用真空吸嘴將LED芯(xin)片(pian)(pian)吸起移動位置(zhi)，再安(an)置(zhi)在相應的(de)支(zhi)架(jia)(jia)位置(zhi)上(shang)(shang)。自(zi)(zi)動裝架(jia)(jia)在工藝上(shang)(shang)主要要熟(shu)悉設備操作編程，同時對設備的(de)沾膠(jiao)及安(an)裝精度進行調(diao)整。在吸嘴的(de)選(xuan)用上(shang)(shang)盡量選(xuan)用膠(jiao)木吸嘴，防止對LED芯(xin)片(pian)(pian)表面的(de)損傷(shang)，特別是(shi)(shi)藍(lan)、綠色芯(xin)片(pian)(pian)必(bi)須用膠(jiao)木的(de)。因(yin)為鋼嘴會劃傷(shang)芯(xin)片(pian)(pian)表面的(de)電(dian)流擴散層。

LED燒結

燒結的(de)目的(de)是(shi)使銀膠固(gu)化，燒結要求(qiu)對溫(wen)度(du)進行監(jian)控(kong)，防止批次性(xing)不良。銀膠燒結的(de)溫(wen)度(du)一(yi)般(ban)控(kong)制在150℃，燒結時(shi)間2小時(shi)。根據實際(ji)情況可以調整到170℃，1小時(shi)。絕(jue)緣膠一(yi)般(ban)150℃，1小時(shi)。

銀(yin)膠燒(shao)結(jie)烘箱(xiang)的必須按工藝要(yao)求隔2小(xiao)時(shi)（或1小(xiao)時(shi)）打(da)開更換燒(shao)結(jie)的產品，中間不得(de)隨意(yi)打(da)開。燒(shao)結(jie)烘箱(xiang)不得(de)再(zai)其他用途，防止污染。

LED壓焊

壓焊的目的是將電極引(yin)到LED芯(xin)片上(shang)，完成產(chan)品內外引(yin)線的連接(jie)工作(zuo)。

LED的壓焊(han)工藝有金絲(si)(si)(si)球(qiu)焊(han)和(he)鋁絲(si)(si)(si)壓焊(han)兩種。鋁絲(si)(si)(si)壓焊(han)的過程(cheng)為先在(zai)LED芯片電極(ji)上(shang)(shang)壓上(shang)(shang)第(di)(di)一點(dian)(dian)，再將鋁絲(si)(si)(si)拉(la)到相應的支(zhi)架上(shang)(shang)方，壓上(shang)(shang)第(di)(di)二點(dian)(dian)后(hou)扯(che)斷鋁絲(si)(si)(si)。金絲(si)(si)(si)球(qiu)焊(han)過程(cheng)則(ze)在(zai)壓第(di)(di)一點(dian)(dian)前(qian)先燒個(ge)球(qiu)，其(qi)余過程(cheng)類似。

壓(ya)(ya)焊是LED封裝(zhuang)技(ji)術中的關鍵環(huan)節，工藝上主要需(xu)要監(jian)控的是壓(ya)(ya)焊金絲(si)（鋁(lv)絲(si)）拱絲(si)形狀，焊點形狀，拉(la)力(li)。

LED封膠

LED的(de)封裝(zhuang)主要有點(dian)膠、灌(guan)封、模壓(ya)三(san)種。基本上工藝控制的(de)難點(dian)是氣泡、多缺料、黑點(dian)。設計上主要是對材料的(de)選型，選用結合良好(hao)的(de)環氧和支架(jia)。（一般的(de)LED無法通過氣密性試驗(yan)）。

LED點膠(jiao)(jiao)(jiao) TOP-LED和Side-LED適用點膠(jiao)(jiao)(jiao)封(feng)裝。手(shou)動點膠(jiao)(jiao)(jiao)封(feng)裝對(dui)操作水平要(yao)求很高（特別是白光(guang)LED），主要(yao)難點是對(dui)點膠(jiao)(jiao)(jiao)量的(de)(de)控制，因為環氧在使用過程(cheng)中會變稠。白光(guang)LED的(de)(de)點膠(jiao)(jiao)(jiao)還(huan)存在熒光(guang)粉沉淀導(dao)致出光(guang)色(se)差的(de)(de)問題。

LED灌膠封(feng)裝 Lamp-LED的(de)(de)封(feng)裝采用灌封(feng)的(de)(de)形式。灌封(feng)的(de)(de)過程是先在LED成(cheng)型模(mo)腔內注入(ru)液態(tai)環氧，然后插入(ru)壓焊好的(de)(de)LED支架，放入(ru)烘(hong)箱讓環氧固化后，將LED從模(mo)腔中脫出即成(cheng)型。

LED模壓封裝(zhuang) 將壓焊(han)好的LED支(zhi)架放入(ru)模具中(zhong)，將上(shang)下兩副模具用液(ye)壓機合(he)模并抽(chou)真空，將固態環(huan)氧(yang)放入(ru)注膠道的入(ru)口加熱用液(ye)壓頂桿壓入(ru)模具膠道中(zhong)，環(huan)氧(yang)順著膠道進入(ru)各個LED成型(xing)槽(cao)中(zhong)并固化(hua)。

LED固(gu)化與后固(gu)化

固(gu)化(hua)是指封裝(zhuang)環(huan)(huan)氧的(de)固(gu)化(hua)，一(yi)般(ban)環(huan)(huan)氧固(gu)化(hua)條件(jian)在135℃，1小(xiao)時(shi)。模壓封裝(zhuang)一(yi)般(ban)在150℃，4分鐘。后固(gu)化(hua)是為了讓環(huan)(huan)氧充分固(gu)化(hua)，同時(shi)對LED進行熱老化(hua)。后固(gu)化(hua)對于提高環(huan)(huan)氧與支(zhi)架（PCB）的(de)粘(zhan)接強度非常重要。一(yi)般(ban)條件(jian)為120℃，4小(xiao)時(shi)。

LED切筋和劃片

由于LED在生產中是(shi)連在一起的（不(bu)是(shi)單個），Lamp封裝LED采(cai)用(yong)切筋切斷(duan)LED支架的連筋。SMD-LED則是(shi)在一片(pian)PCB板上，需(xu)要(yao)劃片(pian)機來完(wan)成分離工作。

LED測試

測試LED的光電參數(shu)、檢(jian)驗(yan)外形尺寸，同時根據客戶要(yao)求(qiu)對LED產品(pin)進行分選。

應用

20世紀90年代LED技術(shu)的長足進步,不僅是發光效率超(chao)過(guo)了白熾燈(deng)(deng)，光強達到了燭光級，而且顏色也從(cong)紅色到藍色覆蓋了整個可(ke)見光譜范圍。這種從(cong)指示燈(deng)(deng)水(shui)(shui)平到超(chao)過(guo)通用(yong)光源水(shui)(shui)平的技術(shu)革命導致各種新(xin)的應用(yong)，諸如(ru)汽車信號(hao)燈(deng)(deng)、交通信號(hao)燈(deng)(deng)、室外全色大型顯示屏以及(ji)特殊的照(zhao)明光源。

隨著發光(guang)(guang)(guang)二極(ji)管(guan)高(gao)亮度(du)化和(he)多色(se)化的(de)進展(zhan),應(ying)用領域(yu)也不斷擴(kuo)展(zhan).從下邊較(jiao)低光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)的(de)指示(shi)(shi)燈到顯示(shi)(shi)屏(ping)，再(zai)從室外顯示(shi)(shi)屏(ping)到中等(deng)光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)功率信號燈和(he)特(te)殊照明的(de)白光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)源，最后發展(zhan)到右(you)上角的(de)高(gao)光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)通(tong)(tong)用照明光(guang)(guang)(guang)源。2000年是時(shi)間的(de)分界線，在2000年已解決所(suo)有顏色(se)的(de)信號顯示(shi)(shi)問題和(he)燈飾問題，并已開始低、中光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)的(de)特(te)殊照明應(ying)用，而(er)作為通(tong)(tong)用照明的(de)高(gao)光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)白光(guang)(guang)(guang)照明應(ying)用，似(si)乎還有待時(shi)日，需將光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)量(liang)進一步大幅度(du)提(ti)高(gao)方能實現(xian)。當然(ran)，這也是個過程，會(hui)隨亮度(du)提(ti)高(gao)和(he)價格下降而(er)逐(zhu)步實現(xian)。

LED顯示屏

自20世(shi)紀80年(nian)代(dai)(dai)中期，就有單色和多色顯示屏問世(shi)，起初是(shi)文字屏或動畫屏。90年(nian)代(dai)(dai)初，電(dian)子計算機(ji)技(ji)術和集(ji)成電(dian)路(lu)技(ji)術的(de)發展，使得(de)LED顯示屏的(de)視(shi)(shi)頻(pin)技(ji)術得(de)以實現，電(dian)視(shi)(shi)圖(tu)像(xiang)直接上屏，特別(bie)是(shi)90年(nian)代(dai)(dai)中期，藍色和綠(lv)色超高亮度LED研制成功(gong)并(bing)迅速投產(chan)，使室(shi)外屏的(de)應用(yong)大大擴展，面積在100—300m不(bu)等。

LED顯(xian)示(shi)屏(ping)(ping)(ping)在(zai)體育場館、廣(guang)場、會場甚至街道、商場都已廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，美(mei)國(guo)時(shi)代廣(guang)場上的納斯達克(ke)全彩屏(ping)(ping)(ping)最為聞名，該屏(ping)(ping)(ping)面積為120英尺×90英尺，相當于1005m，由1900萬(wan)只超高亮藍、綠(lv)、紅色(se)LED制成(cheng)。此外，在(zai)證(zheng)券行情屏(ping)(ping)(ping)、銀行匯率(lv)屏(ping)(ping)(ping)、利率(lv)屏(ping)(ping)(ping)等方面應(ying)用(yong)也占(zhan)較(jiao)(jiao)大比(bi)例，近期在(zai)高速(su)公路、高架道路的信(xin)息屏(ping)(ping)(ping)方面也有較(jiao)(jiao)大的發展。發光(guang)二極(ji)管在(zai)這一領域的應(ying)用(yong)已成(cheng)規模，形成(cheng)新興產業，且可期望有較(jiao)(jiao)穩定的增長。

交通信號燈

航標(biao)燈(deng)(deng)采用LED作(zuo)光(guang)源已有多年，目(mu)前的(de)(de)工作(zuo)是(shi)(shi)改進和(he)完善。道路(lu)交通信號燈(deng)(deng)近(jin)幾年來取得了長(chang)足的(de)(de)進步，技術發(fa)展較快(kuai)，應(ying)用發(fa)展迅猛，中國每年有四萬套左右的(de)(de)訂單(dan)，而美國加(jia)州(zhou)在一年內就用LED交通信號燈(deng)(deng)更換了五(wu)萬套傳統光(guang)源的(de)(de)信號燈(deng)(deng)，根據(ju)使(shi)用效果看，壽(shou)命(ming)長(chang)、省電和(he)免(mian)維護效果是(shi)(shi)明(ming)顯的(de)(de)。采用LED的(de)(de)發(fa)光(guang)峰值波長(chang)是(shi)(shi)紅色(se)630nm，黃色(se)590nm，綠(lv)色(se)505nm。應(ying)該注(zhu)意的(de)(de)問(wen)題是(shi)(shi)驅(qu)動電流不(bu)應(ying)過大，否則夏天陽光(guang)下的(de)(de)高(gao)溫(wen)條件將會影響LED的(de)(de)壽(shou)命(ming)。

最近，應(ying)用于(yu)飛機場(chang)作為(wei)標燈、投(tou)光燈和(he)全向燈的(de)LED機場(chang)專用信號燈也已獲(huo)成功并投(tou)入使用，多方反映效果很(hen)好(hao)。它具有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)，獲(huo)準(zhun)兩項專利，可靠(kao)性好(hao)、節省(sheng)用電、免維護、可推廣應(ying)用到各種機場(chang)、替代已沿用幾十年(nian)的(de)舊(jiu)信號燈，不僅(jin)亮度高，而(er)且由于(yu)LED光色純度好(hao)，特別鮮明(ming)，易(yi)于(yu)信號識(shi)別。

汽車用燈

超(chao)高亮LED可(ke)以做成汽(qi)車的(de)剎(cha)車燈(deng)(deng)、尾燈(deng)(deng)和方(fang)向燈(deng)(deng)，也(ye)可(ke)用于儀表照明(ming)和車內(nei)照明(ming)，它在耐(nai)震(zhen)動、省(sheng)電(dian)及長壽命方(fang)面比白熾燈(deng)(deng)有明(ming)顯的(de)優勢。用作(zuo)剎(cha)車燈(deng)(deng)，它的(de)響應時間為60ns，比白熾燈(deng)(deng)的(de)140ms要短許多(duo)，在典型的(de)高速公(gong)路上(shang)行駛，會增加4—6m的(de)安全距離。

液晶屏背光源

LED作為(wei)液(ye)(ye)晶(jing)(jing)顯(xian)示(shi)的(de)背光(guang)(guang)源(yuan)，它不僅(jin)可作為(wei)綠色(se)(se)、紅色(se)(se)、藍(lan)色(se)(se)、白色(se)(se)，還可以作為(wei)變色(se)(se)背光(guang)(guang)源(yuan)，已(yi)有許多(duo)產品進入生產及應用階(jie)段。最近(jin)，手機上液(ye)(ye)晶(jing)(jing)顯(xian)示(shi)屏(ping)用LED制(zhi)作背光(guang)(guang)源(yuan)，提升了(le)產品的(de)檔次，效(xiao)(xiao)果很好。采用8個(ge)藍(lan)色(se)(se)、24個(ge)綠色(se)(se)、32個(ge)紅色(se)(se)LuxeonLED制(zhi)成的(de)15英寸（1英寸≈2.5厘米）液(ye)(ye)晶(jing)(jing)屏(ping)的(de)背光(guang)(guang)源(yuan)，可達到120W，2500 lm，亮度18000nits（尼特，cd/m2）。22液(ye)(ye)晶(jing)(jing)屏(ping)背光(guang)(guang)源(yuan)也已(yi)制(zhi)成，僅(jin)為(wei)6mm厚，不但混色(se)(se)效(xiao)(xiao)果好，顯(xian)色(se)(se)指數(shu)也達到80以上。大型(xing)背光(guang)(guang)源(yuan)雖(sui)處(chu)于開發階(jie)段，但潛力很大。

燈飾

由于(yu)發光二極(ji)管亮度的提高(gao)和價格(ge)的下(xia)降，再(zai)加上(shang)長壽命、節(jie)電(dian)，驅動(dong)和控制較霓虹燈簡易，不(bu)僅能(neng)閃爍(shuo)，還(huan)能(neng)變色(se)(se)，所以用(yong)超(chao)高(gao)亮度LED做成的單色(se)(se)、多色(se)(se)乃至變色(se)(se)的發光柱(zhu)配(pei)以其他形狀(zhuang)的各色(se)(se)發光單元，裝飾高(gao)大(da)建筑物、橋梁、街(jie)道及廣(guang)場(chang)等景觀工(gong)程效果很好，呈現一派色(se)(se)彩(cai)繽紛、星光閃爍(shuo)及流光異彩(cai)的景象。已有不(bu)少單位生產(chan)LED光柱(zhu)達(da)萬米以上(shang)，彩(cai)燈幾萬個，正(zheng)逐(zhu)步推(tui)廣(guang)，估(gu)計會逐(zhu)步擴大(da)單獨形成一種產(chan)業(ye)。

照明光源

作為(wei)照(zhao)明光(guang)源的(de)(de)LED光(guang)源應是白光(guang)，作為(wei)軍(jun)用(yong)的(de)(de)白光(guang)LED照(zhao)明燈(deng)具(ju)，已(yi)有(you)一些品(pin)種投(tou)入(ru)批量生產(chan)。由(you)于(yu)LED光(guang)源無紅(hong)外輻射(she)，便于(yu)隱(yin)蔽(bi)，再加上它(ta)還具(ju)有(you)耐振動、適合于(yu)蓄電池供電、結構(gou)固體(ti)化及攜(xie)帶方便等優點(dian)，將在特殊照(zhao)明光(guang)源方面會(hui)有(you)較大發展。作為(wei)民間使用(yong)的(de)(de)草坪燈(deng)、埋地燈(deng)已(yi)有(you)規模生產(chan)，也(ye)有(you)用(yong)作顯微鏡視場照(zhao)明、手電、外科醫生的(de)(de)頭燈(deng)、博物館或畫展的(de)(de)照(zhao)明以及閱讀臺燈(deng)。

溫室補光

光(guang)(guang)(guang)是植(zhi)物生(sheng)長和發育最重(zhong)要的(de)環(huan)境因(yin)(yin)素之(zhi)一，對植(zhi)物的(de)生(sheng)長發育、形態建成、光(guang)(guang)(guang)合作用(yong)、物質(zhi)代謝及基因(yin)(yin)表達均有調控(kong)作用(yong)，因(yin)(yin)此溫(wen)室補光(guang)(guang)(guang)是實現植(zhi)物優(you)質(zhi)高(gao)產的(de)重(zhong)要途(tu)徑。近年(nian)來，發光(guang)(guang)(guang)二極管在植(zhi)物工廠中的(de)應用(yong)越(yue)來越(yue)廣泛，LED光(guang)(guang)(guang)源(yuan)的(de)波寬窄、能(neng)耗低、體(ti)積小、效率高(gao)、耐衰老、熱耗低的(de)優(you)點(dian)，使其成為了(le)眾多光(guang)(guang)(guang)質(zhi)研究(jiu)人員使用(yong)的(de)新光(guang)(guang)(guang)源(yuan)。為止，大量應用(yong)LED光(guang)(guang)(guang)源(yuan)研究(jiu)光(guang)(guang)(guang)環(huan)境對植(zhi)物宏觀的(de)形態、產量、品質(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)，以及對細胞顯微結(jie)構、植(zhi)物分化(hua)、次生(sheng)代謝物質(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)的(de)研究(jiu)層出不窮。

發光二極管封裝件的散熱

在(zai)半導體照明裝置中(zhong)(zhong)，通(tong)常(chang)采用(yong)高功(gong)率(lv)高亮度(du)的(de)(de)發光(guang)二(er)極管（LED）作為(wei)光(guang)源，當在(zai)發光(guang)二(er)極管中(zhong)(zhong)通(tong)以電流時，電子(zi)與空(kong)穴會直接(jie)復合，從而釋放能(neng)量發光(guang)，其(qi)(qi)具有(you)功(gong)耗小、使用(yong)壽命(ming)長等優點，在(zai)照明領域應用(yong)廣泛。然(ran)而，目前的(de)(de)光(guang)電轉換效率(lv)較低，有(you)很大(da)(da)比重轉化為(wei)熱能(neng)，故LED芯片上的(de)(de)功(gong)率(lv)密度(du)很大(da)(da)。大(da)(da)的(de)(de)功(gong)率(lv)密度(du)對器件的(de)(de)散熱也提出了高的(de)(de)要求(qiu)，發光(guang)二(er)極管中(zhong)(zhong)封裝件散熱問題(ti)已(yi)成(cheng)為(wei)影響其(qi)(qi)產業(ye)化發展(zhan)的(de)(de)重大(da)(da)問題(ti)。

散熱冷卻方式

LED 的散熱(re)機構一般有這幾種形(xing)式：

1．利用熱(re)傳導金屬或散(san)(san)熱(re)鰭片與LED封裝件貼合散(san)(san)熱(re)。

2．加裝風(feng)扇強制散(san)熱。

3．在封裝(zhuang)件中設置流通(tong)液體散熱。

4．熱(re)管在封裝(zhuang)件中的結合，利用熱(re)管內(nei)工作介質相變時可吸收或散發熱(re)能。

原理與特點

熱管散熱利用(yong)物質相變的(de)原(yuan)理，具有可吸收或散發(fa)高熱能的(de)特性，這(zhe)使得(de)熱管成為(wei)具備(bei)極高的(de)熱傳(chuan)導效率的(de)設備(bei)，熱管冷(leng)卻主(zhu)要是(shi)利用(yong)工作(zuo)流體在真空中的(de)蒸發(fa)與冷(leng)凝(ning)來(lai)傳(chuan)遞(di)熱量(liang)，當熱管的(de)一端(duan)受(shou)熱時，毛細芯(xin)中的(de)工作(zuo)液體蒸發(fa)汽化，蒸汽在壓差之下流向另一端(duan)放出(chu)熱量(liang)并凝(ning)結成液體，液體再沿(yan)多孔材料依靠毛細管作(zuo)用(yong)流回蒸發(fa)端(duan)，熱量(liang)得(de)以沿(yan)熱管迅速傳(chuan)遞(di)。

鈣鈦礦發光二極管

傳(chuan)(chuan)統無(wu)機(ji)(ji)LED技術相對成熟且(qie)發光(guang)效率高(gao)(gao)，在照明領域應用廣泛，但(dan)外延生長等制(zhi)(zhi)備(bei)工藝限制(zhi)(zhi)了其難用于(yu)(yu)大(da)面積和柔性(xing)器件(jian)制(zhi)(zhi)備(bei)。有機(ji)(ji)或量子(zi)點LED具有易于(yu)(yu)大(da)面積成膜、可柔性(xing)化等優勢(shi)，但(dan)是高(gao)(gao)亮度下的低效率和短壽命問題(ti)還(huan)亟待解決。金屬鹵化物鈣鈦(tai)礦型(xing)材(cai)料(liao)兼具無(wu)機(ji)(ji)和有機(ji)(ji)材(cai)料(liao)的諸(zhu)多優點”。如可溶液法(fa)大(da)面積制(zhi)(zhi)備(bei)、帶隙可調、載流子(zi)遷移率高(gao)(gao)、熒(ying)光(guang)效率高(gao)(gao)等。因此，基于(yu)(yu)鈣鈦(tai)礦材(cai)料(liao)的LED相較(jiao)于(yu)(yu)傳(chuan)(chuan)統發光(guang)二(er)極管具有諸(zhu)多優勢(shi)，尤其是可低成本、大(da)面積制(zhi)(zhi)備(bei)高(gao)(gao)亮度、高(gao)(gao)效率發光(guang)器件(jian)，對顯示與照明均具有重要意義。

鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發(fa)光(guang)二(er)極管發(fa)展(zhan)迅速，自2014年(nian)劍橋大學報道首篇(pian)外量(liang)子效(xiao)率(lv)（EQE）為0.76%的(de)三維鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發(fa)光(guang)器件(jian)以來(lai)，經(jing)過(guo)短短五年(nian)的(de)發(fa)展(zhan)，近紅(hong)外、紅(hong)光(guang)和綠(lv)光(guang)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發(fa)光(guang)器件(jian)的(de)外量(liang)子效(xiao)率(lv)均已突破20%。值得一提的(de)是(shi)中國科(ke)學家在鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發(fa)光(guang)領域里的(de)多個方向開(kai)創了(le)全(quan)新的(de)研(yan)究方法。

2015年(nian)(nian)(nian)，南(nan)(nan)京(jing)(jing)工業(ye)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)與(yu)浙江大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)團(tuan)隊合作報道(dao)了(le)外(wai)(wai)量(liang)子(zi)(zi)效率為3.5%的(de)鈣鈦礦(kuang)發(fa)(fa)光(guang)二極管，為當時的(de)最高(gao)紀錄，也是國內(nei)在此(ci)領域的(de)首(shou)篇論文(wen)。隨(sui)后，北京(jing)(jing)理(li)(li)工大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)和南(nan)(nan)京(jing)(jing)理(li)(li)工大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)相繼(ji)報道(dao)了(le)基于(yu)量(liang)子(zi)(zi)點的(de)鈣鈦礦(kuang)LED。2016年(nian)(nian)(nian)，南(nan)(nan)京(jing)(jing)工業(ye)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)采(cai)用具有多量(liang)子(zi)(zi)阱結構的(de)鈣鈦礦(kuang)實(shi)現了(le)外(wai)(wai)量(liang)子(zi)(zi)效率突破10%的(de)近(jin)紅外(wai)(wai)鈣鈦礦(kuang)LED，相關(guan)成果于(yu)2016年(nian)(nian)(nian)發(fa)(fa)表于(yu)《Nature Photonics》。采(cai)用類似方法，中(zhong)國科學(xue)(xue)(xue)院(yuan)半導體研究所將綠(lv)光(guang)鈣鈦礦(kuang)LED的(de)外(wai)(wai)量(liang)子(zi)(zi)效率提高(gao)到14.36%。2018年(nian)(nian)(nian)，南(nan)(nan)京(jing)(jing)工業(ye)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)首(shou)次將近(jin)紅外(wai)(wai)鈣鈦礦(kuang)LED外(wai)(wai)量(liang)子(zi)(zi)效率提升至20.7%，性能(neng)媲美(mei)已產業(ye)化的(de)有機和量(liang)子(zi)(zi)LED。同年(nian)(nian)(nian)，華僑大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)”州將綠(lv)光(guang)鈣鈦礦(kuang)LED的(de)EQE提升至20.3%。

這兩項國內成果被《Nature》邀(yao)請的(de)領域專(zhuan)家評(ping)述為“突破性成果”， “是鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦材料(liao)在發(fa)光(guang)二(er)極管中應用的(de)里程碑(bei)式跨(kua)越”， “使(shi)鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦LED技(ji)術(shu)突破性能障(zhang)礙，將推動鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦LED的(de)產(chan)業化發(fa)展”。總體來說，目前(qian)中國在鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦LED研究方(fang)(fang)面處于世界領先地位，特別是在高亮(liang)度、高穩定(ding)性鈣(gai)(gai)鈦(tai)礦發(fa)光(guang)器件方(fang)(fang)面，已經(jing)取(qu)得具有(you)(you)自主知識產(chan)權。有(you)(you)世界影(ying)響力的(de)創新成果。

盡管(guan)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)LED的(de)(de)研(yan)究(jiu)已經取得了很大的(de)(de)進展，但(dan)其(qi)發展仍然(ran)面(mian)臨著諸(zhu)多(duo)挑戰。首先(xian)，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)LED的(de)(de)穩定性問題需要(yao)解決。目前(qian)通過材料(liao)設計、器件結構及界面(mian)優化(hua)等方法已大大提(ti)升了鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)LED的(de)(de)穩定性，但(dan)尚未達到產(chan)業化(hua)的(de)(de)要(yao)求。其(qi)次，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)材料(liao)中(zhong)(zhong)鉛(qian)(qian)元(yuan)素(su)的(de)(de)毒性可能(neng)(neng)是其(qi)產(chan)業化(hua)道路上的(de)(de)一(yi)個障礙。研(yan)究(jiu)發現許多(duo)元(yuan)素(su)（如(ru)錫、銅、鍺及銀等）在鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)材料(liao)中(zhong)(zhong)可以替代鉛(qian)(qian)元(yuan)素(su)，但(dan)目前(qian)利用這些(xie)元(yuan)素(su)制(zhi)備(bei)的(de)(de)器件性能(neng)(neng)還(huan)不及鉛(qian)(qian)基鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)LED。此外(wai)，大面(mian)積模塊化(hua)制(zhi)備(bei)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)LED仍處于萌(meng)芽(ya)期，如(ru)何(he)發展制(zhi)備(bei)工藝來(lai)進行(xing)可控大面(mian)積生(sheng)產(chan)還(huan)需要(yao)解決。

總(zong)之，鈣(gai)鈦礦發光材料(liao)與器(qi)件(jian)具(ju)有(you)(you)誘人的(de)(de)發展前景(jing)，未(wei)來隨著對(dui)材料(liao)理解的(de)(de)深(shen)入及工藝技術的(de)(de)進(jin)步，有(you)(you)望(wang)進(jin)一(yi) 步提高器(qi)件(jian)的(de)(de)效率(lv)和穩定性(xing)，推進(jin)其產業化進(jin)程。在不遠的(de)(de)將(jiang)(jiang)來，鈣(gai)鈦礦LED將(jiang)(jiang)會以其優異(yi)的(de)(de)性(xing)能(neng)和低(di)廉的(de)(de)成本成為新一(yi)代顯示(shi)與照明的(de)(de)有(you)(you)力競爭(zheng)者，在未(wei)來照明與顯示(shi)產業中占有(you)(you)重(zhong)要地位。

簡介