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簡介

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

當電(dian)子與空穴(xue)復合時能(neng)輻(fu)射出(chu)可見光(guang)，因而(er)可以用來制成發光(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)。在電(dian)路及儀器中作(zuo)為(wei)指示燈，或者組成文(wen)字或數字顯示。砷(shen)化(hua)(hua)鎵二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)發紅光(guang)，磷化(hua)(hua)鎵二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)發綠(lv)光(guang)，碳化(hua)(hua)硅二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)發黃光(guang)，氮化(hua)(hua)鎵二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)發藍光(guang)。因化(hua)(hua)學性質又分有機發光(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)OLED和(he)無(wu)機發光(guang)二(er)(er)(er)極(ji)管(guan)LED。

LED最初用于儀(yi)器儀(yi)表的(de)(de)指示(shi)性照(zhao)明，隨后擴展(zhan)(zhan)到交通信號燈。再到景觀照(zhao)明、車用照(zhao)明和手機(ji)鍵盤及背光(guang)(guang)源。后來(lai)發(fa)展(zhan)(zhan)出(chu)微型(xing)(xing)發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(micro-LED)的(de)(de)新技術(shu)，其將(jiang)原本發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)尺寸大幅(fu)縮小，用可獨(du)立發(fa)光(guang)(guang)的(de)(de)紅、藍、綠微型(xing)(xing)發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)成陣列(lie)排列(lie)形成顯示(shi)陣列(lie)用于顯示(shi)技術(shu)領域。微型(xing)(xing)發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)具有自發(fa)光(guang)(guang)顯示(shi)特性，比自發(fa)光(guang)(guang)顯示(shi)的(de)(de)有機(ji)發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(Organic Light Emitting DiodeOLED)效率高、壽命較長、材(cai)料(liao)不易受(shou)到環境影響而相對穩(wen)定。

工作原理

發(fa)光二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)與普通二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)一(yi)樣(yang)是由(you)一(yi)個PN結(jie)組成，也具(ju)有單向(xiang)導電(dian)(dian)(dian)性(xing)。當給發(fa)光二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)加(jia)上正向(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓后，從P區(qu)(qu)注(zhu)入到(dao)N區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)空穴和(he)(he)由(you)N區(qu)(qu)注(zhu)入到(dao)P區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子，在PN結(jie)附近數微米(mi)內分別與N區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)P區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)空穴復(fu)(fu)合(he)，產生自發(fa)輻射的(de)(de)(de)(de)熒(ying)光。不同的(de)(de)(de)(de)半導體材(cai)料中電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)空穴所(suo)處的(de)(de)(de)(de)能(neng)量狀(zhuang)態不同。當電(dian)(dian)(dian)子和(he)(he)空穴復(fu)(fu)合(he)時(shi)釋(shi)放出(chu)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量多少不同，釋(shi)放出(chu)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量越多，則發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光的(de)(de)(de)(de)波長越短。常用的(de)(de)(de)(de)是發(fa)紅光、綠(lv)光或黃光的(de)(de)(de)(de)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)。發(fa)光二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)擊穿電(dian)(dian)(dian)壓大于5伏。它的(de)(de)(de)(de)正向(xiang)伏安特性(xing)曲(qu)線很陡，使(shi)用時(shi)必須串聯限流電(dian)(dian)(dian)阻以(yi)控制通過二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流。

發(fa)光(guang)二(er)極管的(de)(de)(de)核心部分(fen)是由(you)P型(xing)半導(dao)體和N型(xing)半導(dao)體組成的(de)(de)(de)晶片(pian)，在(zai)P型(xing)半導(dao)體和N型(xing)半導(dao)體之間有(you)一(yi)個過渡層，稱為PN結。在(zai)某些(xie)半導(dao)體材料(liao)的(de)(de)(de)PN結中，注入(ru)的(de)(de)(de)少數載流(liu)子與(yu)多(duo)數載流(liu)子復合(he)時會把多(duo)余的(de)(de)(de)能(neng)量以光(guang)的(de)(de)(de)形式(shi)釋(shi)放出來，從(cong)(cong)而把電能(neng)直接轉(zhuan)換(huan)為光(guang)能(neng)。PN結加(jia)反向電壓，少數載流(liu)子難以注入(ru)，故不發(fa)光(guang)。當它處于(yu)正向工作狀態(tai)時（即兩端(duan)加(jia)上正向電壓），電流(liu)從(cong)(cong)LED陽極流(liu)向陰(yin)極時，半導(dao)體晶體就發(fa)出從(cong)(cong)紫外(wai)到紅外(wai)不同顏色(se)的(de)(de)(de)光(guang)線，光(guang)的(de)(de)(de)強弱與(yu)電流(liu)有(you)關。

傳統發光二極管所(suo)(suo)使(shi)用的無(wu)機半導體物料(liao)和(he)所(suo)(suo)它們(men)發光的顏色(se)

LED材料

材料化學式

顏色

鋁砷(shen)化(hua)鎵(jia) 砷(shen)化(hua)鎵(jia) 砷(shen)化(hua)鎵(jia)磷(lin)化(hua)物(wu)磷(lin)化(hua)銦(yin)鎵(jia) 鋁磷(lin)化(hua)鎵(jia)（摻雜氧化(hua)鋅）

AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO

紅色及紅外線

鋁磷(lin)(lin)化鎵(jia)(jia) 銦(yin)氮化鎵(jia)(jia)/氮化鎵(jia)(jia) 磷(lin)(lin)化鎵(jia)(jia) 磷(lin)(lin)化銦(yin)鎵(jia)(jia)鋁鋁磷(lin)(lin)化鎵(jia)(jia)

InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP

綠色

磷(lin)化(hua)鋁(lv)(lv)銦鎵砷化(hua)鎵磷(lin)化(hua)物磷(lin)化(hua)銦鎵鋁(lv)(lv) 磷(lin)化(hua)鎵

GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP

高亮度的橘紅(hong)色(se)，橙(cheng)色(se)，黃(huang)色(se)，綠(lv)色(se)

磷砷化鎵

GaAsP

紅(hong)色，橘紅(hong)色，黃色

磷化(hua)(hua)鎵硒(xi)化(hua)(hua)鋅(xin) 銦氮(dan)化(hua)(hua)鎵碳化(hua)(hua)硅

GaP ZnSe InGaN SiC

紅(hong)色(se)，黃(huang)色(se)，綠色(se)

氮化鎵

GaN

綠色，翠綠色，藍色

銦氮化鎵

InGaN

近紫(zi)外線，藍綠色(se)，藍色(se)

碳化(hua)硅(用作(zuo)襯底)

SiC

藍色

硅(用作襯底)

藍色

藍(lan)寶(bao)石(用作(zuo)襯(chen)底)

Al2O3

藍色

硒化鋅

ZnSe

藍色

鉆石

紫外線

氮化鋁,氮化鋁鎵

AlN AlGaN

波長為遠至近的紫(zi)外線

LED燈特點

LED燈(deng)就是(shi)發光(guang)二(er)極管，是(shi)采用(yong)固體半導體芯片(pian)為(wei)發光(guang)材(cai)料，與傳統(tong)燈(deng)具相比，LED燈(deng)節能、環保、顯色性(xing)與響應速度好。

（一）節能是LED燈(deng)最突(tu)出(chu)的特點

在(zai)能(neng)(neng)耗方(fang)面(mian)，LED燈(deng)的(de)能(neng)(neng)耗是(shi)白(bai)熾(chi)燈(deng)的(de)十分之(zhi)一，是(shi)節能(neng)(neng)燈(deng)的(de)四分之(zhi)一。這(zhe)(zhe)是(shi)LED燈(deng)的(de)一個最大的(de)特(te)(te)點(dian)。現在(zai)的(de)人們都崇尚節能(neng)(neng)環保，也正是(shi)因(yin)為(wei)節能(neng)(neng)的(de)這(zhe)(zhe)個特(te)(te)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(shou)歡迎。

（二）可(ke)以在高速開關狀(zhuang)態(tai)工作

我們平(ping)時走(zou)在(zai)馬(ma)路(lu)上，會發現每一個(ge)LED組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)屏幕或者畫面(mian)都(dou)是變化莫測(ce)的(de)(de)(de)。這(zhe)說明LED燈是可以進行高速(su)開關工(gong)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)。但是，對于我們平(ping)時使用的(de)(de)(de)白(bai)熾燈，則達不到(dao)這(zhe)樣的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)狀態。在(zai)平(ping)時生活的(de)(de)(de)時候(hou)，如果開關的(de)(de)(de)次(ci)數過多，將直接導致白(bai)熾燈燈絲斷(duan)裂。這(zhe)個(ge)也是LED燈受歡迎的(de)(de)(de)重要原(yuan)因。

（三）環保

LED燈(deng)(deng)內(nei)部不含有(you)任何的汞等重(zhong)金(jin)屬材料，但是熒光燈(deng)(deng)中(zhong)含有(you)，這就(jiu)體現了LED燈(deng)(deng)環保的特點。現在(zai)的人(ren)都十分重(zhong)視環保，所(suo)以，會有(you)更(geng)多的人(ren)愿(yuan)意選擇環保的LED燈(deng)(deng)。

（四(si)）響應速度快

LED燈(deng)還有一個突出的(de)特點，就是(shi)反應的(de)速度比(bi)較快。只要一接通電源(yuan)，LED燈(deng)馬上就會亮(liang)(liang)起來。對比(bi)我們(men)平時使用(yong)的(de)節能(neng)(neng)燈(deng)，其(qi)反應速度更快，在打開傳統(tong)燈(deng)泡時，往往需要很(hen)長(chang)的(de)時間才能(neng)(neng)照亮(liang)(liang)房間，在燈(deng)泡徹底的(de)發熱之后(hou)，才能(neng)(neng)亮(liang)(liang)起來。

（五）相較(jiao)于其(qi)他的光(guang)源，LED燈更“干凈(jing)”

所謂的“干(gan)凈(jing)”不是指的燈表面以及內(nei)部(bu)的干(gan)凈(jing)，而(er)是這個燈是屬于(yu)冷光(guang)(guang)源的，不會(hui)產生(sheng)太多的熱量，不會(hui)吸引(yin)那(nei)些喜光(guang)(guang)喜熱的昆(kun)蟲。特別是在(zai)夏天，農村的蟲子會(hui)特別的多。

有的(de)蟲(chong)(chong)子(zi)天性(xing)喜熱(re)，白熾燈和(he)節(jie)能燈在使用一段時間(jian)之后都(dou)會(hui)產(chan)生熱(re)量，這個熱(re)量正好(hao)是(shi)蟲(chong)(chong)子(zi)喜歡(huan)的(de)，就(jiu)容(rong)易吸引蟲(chong)(chong)子(zi)過來。這無疑會(hui)對燈表面(mian)帶來很(hen)多的(de)污染(ran)物(wu)，而且(qie)，蟲(chong)(chong)子(zi)的(de)排(pai)泄物(wu)還會(hui)使得室內變得很(hen)臟。但是(shi)，LED燈是(shi)冷光源，不會(hui)吸引蟲(chong)(chong)子(zi)過來的(de)，這樣，就(jiu)不會(hui)產(chan)生蟲(chong)(chong)子(zi)的(de)排(pai)泄物(wu)。所以說，LED燈更加的(de) “干凈”。

半(ban)導(dao)體發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)應用范圍廣，功耗(hao)小，使(shi)用壽命長，低碳環(huan)保。我國半(ban)導(dao)體發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)的(de)應用非(fei)常廣泛(fan)，居民家庭中的(de)很多照(zhao)(zhao)明(ming)設備(bei)都使(shi)用了(le)(le)半(ban)導(dao)體發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)，大(da)部分路燈(deng)也使(shi)用了(le)(le)半(ban)導(dao)體發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)路燈(deng)作為照(zhao)(zhao)明(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)源，部分道路的(de)照(zhao)(zhao)明(ming)燈(deng)具還結合了(le)(le)太陽(yang)能技術，可節(jie)省大(da)量(liang)電能。感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)根據材質的(de)不(bu)同(tong)，可以分成砷鋁化(hua)鎵(jia)(jia)感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)、磷砷化(hua)鋁感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)、磷化(hua)鎵(jia)(jia)感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)和砷化(hua)鋁感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)(er)極(ji)(ji)管(guan)(guan)等。

主要分類

發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)還可(ke)分為普通單色(se)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、高(gao)亮(liang)度(du)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、超高(gao)亮(liang)度(du)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、變色(se)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、閃爍發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、電壓控制型發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)、紅外發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)和(he)負(fu)阻發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)等。

LED的(de)控制(zhi)模(mo)式有(you)恒(heng)流(liu)(liu)和恒(heng)壓兩種，有(you)多種調(diao)(diao)光(guang)方(fang)式，比如模(mo)擬調(diao)(diao)光(guang)和PWM調(diao)(diao)光(guang)，大多數(shu)的(de)LED都采(cai)用(yong)的(de)是(shi)恒(heng)流(liu)(liu)控制(zhi)，這樣可以保(bao)持(chi)LED電流(liu)(liu)的(de)穩定(ding)，不易受VF的(de)變化，可以延長LED燈具的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。

單色發光二極管

普通(tong)單色發光二極管(guan)

普通單色發(fa)光二極管(guan)具有(you)體積(ji)小(xiao)、工作電壓低、工作電流(liu)小(xiao)、發(fa)光均勻穩(wen)定、響應速度快、壽命長等優點(dian)，可(ke)用各種直流(liu)、交流(liu)、脈沖等電源驅動(dong)點(dian)亮。它屬于電流(liu)控制型半(ban)導體器件，使用時(shi)需串接合適的限流(liu)電阻。

普通(tong)單色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的發(fa)光(guang)(guang)顏色(se)(se)(se)與發(fa)光(guang)(guang)的波(bo)長(chang)有關，而發(fa)光(guang)(guang)的波(bo)長(chang)又取決(jue)于制造發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)所(suo)用(yong)的半導體材料(liao)。紅(hong)色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的波(bo)長(chang)一(yi)(yi)(yi)般(ban)為(wei)650～700nm，琥(hu)珀(po)色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的波(bo)長(chang)一(yi)(yi)(yi)般(ban)為(wei)630～650nm ，橙色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的波(bo)長(chang)一(yi)(yi)(yi)般(ban)為(wei)610～630nm左右，黃色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的波(bo)長(chang)一(yi)(yi)(yi)般(ban)為(wei)585nm左右，綠色(se)(se)(se)發(fa)光(guang)(guang)二極管(guan)(guan)的波(bo)長(chang)一(yi)(yi)(yi)般(ban)為(wei)555～570nm。

高亮度單(dan)色發光二極管

高亮(liang)度(du)單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)和(he)超高亮(liang)度(du)單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)使用的半導體(ti)材(cai)料(liao)(liao)與(yu)普通單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)不同(tong)，所以發(fa)光(guang)(guang)(guang)的強(qiang)度(du)也不同(tong)。通常，高亮(liang)度(du)單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)使用砷鋁化(hua)鎵（GaAlAs）等(deng)材(cai)料(liao)(liao)，超高亮(liang)度(du)單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)使用磷(lin)(lin)銦砷化(hua)鎵（GaAsInP）等(deng)材(cai)料(liao)(liao)，而普通單(dan)色發(fa)光(guang)(guang)(guang)二極(ji)(ji)管(guan)(guan)使用磷(lin)(lin)化(hua)鎵（GaP）或磷(lin)(lin)砷化(hua)鎵（GaAsP）等(deng)材(cai)料(liao)(liao)。

變色發光二極管

變色(se)發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管是能(neng)變換發光(guang)(guang)顏(yan)色(se)的發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管。變色(se)發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管發光(guang)(guang)顏(yan)色(se)種類可分(fen)為雙色(se)發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管、三色(se)發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管和多色(se)（有(you)紅、藍(lan)、綠(lv)、白(bai)四種顏(yan)色(se)）發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管。

變(bian)色發(fa)光二(er)(er)極管按引腳數量可分為二(er)(er)端變(bian)色發(fa)光二(er)(er)極管、三端變(bian)色發(fa)光二(er)(er)極管、四端變(bian)色發(fa)光二(er)(er)極管和六(liu)端變(bian)色發(fa)光二(er)(er)極管。

閃爍發光二極管

閃(shan)爍發光(guang)二極管（BTS）是一種(zhong)由CMOS集成電路和(he)發光(guang)二極管組成的特殊發光(guang)器件，可用(yong)于報警指示及欠壓、超(chao)壓指示。

閃(shan)(shan)爍發光二(er)極管在使用(yong)時，無須外接其它元(yuan)件，只要在其引腳(jiao)兩端加(jia)上(shang)適當的(de)直流(liu)工作電壓（5V）即可閃(shan)(shan)爍發光。

紅外發光二極管

紅外(wai)發(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極管也(ye)稱(cheng)紅外(wai)線發(fa)(fa)射(she)二(er)極管，它是可以將(jiang)電能直接轉換成紅外(wai)光(guang)(guang)（不可見光(guang)(guang)）并(bing)能輻射(she)出去(qu)的(de)發(fa)(fa)光(guang)(guang)器件，主要應用于各種光(guang)(guang)控及遙控發(fa)(fa)射(she)電路中。

紅(hong)外(wai)發光(guang)二極管的結構、原理與普通(tong)(tong)發光(guang)二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅(hong)外(wai)發光(guang)二極管通(tong)(tong)常(chang)使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采(cai)用全透明或淺藍色(se)、黑色(se)的樹脂(zhi)封裝。

常(chang)用的紅(hong)外發光(guang)二極(ji)管(guan)有SIR系(xi)列(lie)、SIM系(xi)列(lie)、PLT系(xi)列(lie)、GL系(xi)列(lie)、HIR系(xi)列(lie)和HG系(xi)列(lie)等。

紫外發光二極管

基(ji)于半(ban)導體(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)紫(zi)外發(fa)(fa)光二極管(guan)(UV LED)具有節能、環保和(he)壽(shou)命長(chang)等優(you)點(dian)，在殺菌消(xiao)毒、醫療和(he)生化檢測等領域有重大的(de)應用價(jia)值。近年來(lai)，半(ban)導體(ti)(ti)紫(zi)外光電材(cai)料(liao)(liao)和(he)器(qi)(qi)(qi)件(jian)在全(quan)球引起越來(lai)越多的(de)關注(zhu)，成為研(yan)發(fa)(fa)熱點(dian)。 2018年12月(yue)9一12日，由(you)中國(guo)科學院(yuan)半(ban)導體(ti)(ti)研(yan)究所主辦的(de)第(di)三屆“國(guo)際紫(zi)外材(cai)料(liao)(liao)與器(qi)(qi)(qi)件(jian)研(yan)討會” (IWUMD一2018)在云(yun)南(nan)昆明召開，來(lai)自十二個國(guo)家的(de)270余位代表(biao)出席了會議。本次會議匯聚(ju)了國(guo)內(nei)外在紫(zi)外發(fa)(fa)光二極管(guan)材(cai)料(liao)(liao)和(he)器(qi)(qi)(qi)件(jian)相關領域的(de)多位頂(ding)尖專家的(de)最新研(yan)發(fa)(fa)成果報告。

紫(zi)外(wai)發光(guang)二極(ji)(ji)管是氮(dan)化(hua)物(wu)技(ji)術(shu)發展(zhan)和第(di)三代半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)材料技(ji)術(shu)發展(zhan)的(de)主要趨勢，擁有廣闊的(de)應用(yong)前(qian)景(jing)。中國(guo)科技(ji)部為(wei)了(le)加快(kuai)第(di)三代半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)固態紫(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)的(de)發展(zhan)，爭(zheng)施了(le)“第(di)三代半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)固態紫(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)材料及(ji)器件(jian)關鍵技(ji)術(shu)”重(zhong)點研(yan)發計劃專項（2016YFB0400800）。國(guo)家(jia)重(zhong)點研(yan)發計劃的(de)支持和國(guo)際紫(zi)外(wai)材料與器件(jian)研(yan)討會(hui)的(de)舉辦，將為(wei)加快(kuai)實現(xian)我國(guo)第(di)三代半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)紫(zi)外(wai)光(guang)源(yuan)的(de)市場化(hua)應用(yong)，帶動我國(guo)紫(zi)外(wai)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)發光(guang)二極(ji)(ji)管材料和器件(jian)技(ji)術(shu)創(chuang)親及(ji)產業(ye)化(hua)發展(zhan)發揮積(ji)極(ji)(ji)的(de)作用(yong)。

有機發光二極管

1987年(nian)，柯達公司(si)鄧(deng)青云等成功制備(bei)了(le)低(di)電壓、高(gao)亮(liang)度的(de)(de)有機發光二極(ji)管（OLED），第一(yi)次向世界展示了(le)OLED在(zai)(zai)商(shang)業(ye)上的(de)(de)應用前(qian)景‘“。1995年(nian)，Kido在(zai)(zai)science雜志(zhi)上發表(biao)(biao)了(le)白光有機發光二極(ji)管（wOLED）的(de)(de)文(wen)章，雖然效率不高(gao)，但揭開了(le)OLED照明研究的(de)(de)序(xu)幕(mu)。經過幾十年(nian)的(de)(de)發展，OLED的(de)(de)效率和穩定性(xing)早已滿足小尺寸(cun)顯示器(qi)的(de)(de)要(yao)求(qiu)，受(shou)到眾多高(gao)端(duan)儀器(qi)儀表(biao)(biao)、手機和移動終端(duan)公司(si)的(de)(de)青睞，大尺寸(cun)技術也日漸完善(shan)。

OLED材(cai)(cai)料的發(fa)展(zhan)是OLED產業蓬勃發(fa)展(zhan)的基(ji)礎(chu)。最早的OLED發(fa)光(guang)材(cai)(cai)料是熒光(guang)材(cai)(cai)料，但(dan)熒光(guang)材(cai)(cai)料由于自旋(xuan)阻(zu)禁，其理論內量子效(xiao)率上限僅能(neng)達到25%。1998年，Ma以及(ji)Forrest和Thompson等(deng)先后報道了磷(lin)光(guang)材(cai)(cai)料在OLED材(cai)(cai)料中的應用(yong)，從而(er)為(wei)突破自旋(xuan)統計規(gui)律、100%地利用(yong)所有激子的能(neng)量開辟了道路(lu)。但(dan)是磷(lin)光(guang)材(cai)(cai)料也存(cun)在一定(ding)的問題，由于含有貴金屬，價格很高而(er)且藍光(guang)材(cai)(cai)料的穩(wen)定(ding)性(xing)長期停滯不(bu)前。

2009年，日本(ben)九(jiu)州大(da)學的Adachi教授(shou)首次將熱活化延遲熒光（TADF）材料引入OLED。此類材料具(ju)(ju)有極低的單三線(xian)態能(neng)隙，可(ke)通過三線(xian)態激子(zi)的反向系間竄越（RISC）實現100%的理(li)論內量子(zi)效(xiao)率。材料體系和器件結構(gou)的日漸完善，使得(de)OLED在顯示領域嶄露(lu)頭角。另一(yi)(yi)方面，WOLED具(ju)(ju)有發光效(xiao)率高、光譜(pu)可(ke)調、藍(lan)光成分少和面光源等一(yi)(yi)系列優(you) 勢，作為低色溫(wen)、無藍(lan)害(hai)的高效(xiao)光源，有望成為未來健康(kang)照(zhao)明(ming)的新(xin)趨勢。

生產

材料

LED五(wu)大(da)原(yuan)物料分別是指：晶片，支架(jia)，銀膠，金線，環(huan)氧(yang)樹(shu)脂

晶片

晶(jing)片(pian)的(de)(de)構成(cheng)(cheng)：由金(jin)墊，P極(ji)，N極(ji)，PN結，背(bei)金(jin)層(ceng)(ceng)(ceng)構成(cheng)(cheng)（雙(shuang)pad晶(jing)片(pian)無背(bei)金(jin)層(ceng)(ceng)(ceng)）。晶(jing)片(pian)是(shi)由P層(ceng)(ceng)(ceng)半(ban)導體元(yuan)素(su)，N層(ceng)(ceng)(ceng)半(ban)導體元(yuan)素(su)靠電(dian)子(zi)移動(dong)而重新排列組合成(cheng)(cheng)的(de)(de)PN結合體。也正是(shi)這種變化使(shi)晶(jing)片(pian)能夠處于(yu)一個相(xiang)對(dui)(dui)穩(wen)定(ding)的(de)(de)狀(zhuang)態。在(zai)晶(jing)片(pian)被一定(ding)的(de)(de)電(dian)壓施加(jia)正向(xiang)電(dian)極(ji)時，正向(xiang)P區的(de)(de)空穴則會源(yuan)源(yuan)不斷的(de)(de)游(you)向(xiang)N區，N區的(de)(de)電(dian)子(zi)則會相(xiang)對(dui)(dui)于(yu)孔(kong)穴向(xiang)P區運(yun)動(dong)。在(zai)電(dian)子(zi)，空穴相(xiang)對(dui)(dui)移動(dong)的(de)(de)同時，電(dian)子(zi)空穴互相(xiang)結對(dui)(dui)，激發出(chu)光(guang)子(zi)，產(chan)生光(guang)能。

主(zhu)要(yao)分(fen)類，表面(mian)發(fa)(fa)(fa)光(guang)型：光(guang)線大部(bu)分(fen)從晶(jing)片表面(mian)發(fa)(fa)(fa)出。五面(mian)發(fa)(fa)(fa)光(guang)型：表面(mian)，側面(mian)都有較(jiao)多(duo)的(de)光(guang)線射出按發(fa)(fa)(fa)光(guang)顏色(se)分(fen)，紅，橙，黃，黃綠(lv)，純(chun)綠(lv)，標準綠(lv)，藍綠(lv)，藍。

支架

支架(jia)的結構1層是鐵(tie)，2層鍍(du)(du)銅（導電性(xing)好，散熱快），3層鍍(du)(du)鎳（防氧化(hua)），4層鍍(du)(du)銀（反光性(xing)好，易焊線）

銀膠(jiao)（因(yin)種類(lei)較多(duo)，我們以H20E為(wei)例）

也叫白膠(jiao)，乳白色，導通粘合(he)作(zuo)用(yong)（烘(hong)烤溫度為：100°C/1.5H）銀(yin)(yin)粉（導電，散熱，固定(ding)晶片）+環氧樹脂（固化(hua)銀(yin)(yin)粉）+稀釋劑（易(yi)于攪拌(ban)）。儲藏(zang)(zang)條件(jian)(jian)：銀(yin)(yin)膠(jiao)的(de)制(zhi)造商一(yi)般將銀(yin)(yin)膠(jiao)以(yi)(yi)-40 °C 儲藏(zang)(zang)，應用(yong)單位一(yi)般將銀(yin)(yin)膠(jiao)以(yi)(yi)-5 °C 儲藏(zang)(zang)。單劑為25 °C/1年（干燥，通風(feng)的(de)地方），混合(he)劑25 °C/72小(xiao)時(shi)（但在(zai)上線(xian)作(zuo)業時(shi)因其他的(de)因素“溫濕度、通風(feng)的(de)條件(jian)(jian)”，為保證產品的(de)質(zhi)量一(yi)般的(de)混合(he)劑使用(yong)時(shi)間為4小(xiao)時(shi)）

烘烤條件：150 °C/1.5H

攪拌條(tiao)件：順一個方(fang)向均勻攪拌15分鐘

金線（以φ1.0mil為例(li)）

LED所用(yong)到的金(jin)線有φ1.0mil、 φ1.2mil，金(jin)線的材質，LED用(yong)金(jin)線的材質一(yi)般含金(jin)量為99.9%，金(jin)線的用(yong)途

利用其含(han)金量高材質較軟(ruan)、易變形且導電性好(hao)、散熱性好(hao)的(de)特性，讓晶(jing)片與(yu)支架(jia)間形成一閉合電路。（換算(suan)關系：1 mil = 0.0254mm , 1 in = 25.4mm ）

環氧樹脂(zhi)（以EP400為例）

組成(cheng)：A、B兩組劑份:

A膠(jiao)：是主劑，由環(huan)氧樹脂(zhi)+消泡(pao)劑+耐熱劑+稀(xi)釋劑

B劑：是(shi)固化劑，由酸酣+離模劑+促進劑

使用條件：

混合比：A/B=100/100（重量比）

混合粘度：500-700CPS/30 °C

膠化時間：120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘

可使(shi)用(yong)條件(jian)：室溫25 °C約6小時。一(yi)般根(gen)據產(chan)線的生產(chan)需要(yao)，我們將它的使(shi)用(yong)條件(jian)定為2小時。

硬(ying)化(hua)條件(jian)：初期硬(ying)化(hua)110 °C—140 °C 25—40分鐘(zhong)

后期硬化100 °C*6—10小時（可以(yi)視實際需要做機動性(xing)調整）

工藝

芯片檢驗

鏡檢：材料表面是(shi)否有機械(xie)損傷(shang)及麻點麻坑lockhill芯片尺(chi)寸及電(dian)極(ji)大(da)小是(shi)否符合(he)工藝要求(qiu)電(dian)極(ji)圖(tu)案是(shi)否完(wan)整。

LED擴片

由于LED芯(xin)片(pian)在劃片(pian)后依然排列緊密(mi)間距很(hen)小（約(yue)0.1mm），不(bu)利(li)于后工序的(de)操作(zuo)。采用(yong)擴片(pian)機(ji)對黏結芯(xin)片(pian)的(de)膜進(jin)行擴張(zhang)，使LED芯(xin)片(pian)的(de)間距拉伸到約(yue)0.6mm。也可以采用(yong)手(shou)工擴張(zhang)，但(dan)很(hen)容易造(zao)成芯(xin)片(pian)掉落浪費等不(bu)良(liang)問題。

LED點膠

在LED支(zhi)架的(de)相應位置點上銀(yin)膠(jiao)(jiao)或絕緣膠(jiao)(jiao)。對于GaAs、SiC導電襯(chen)(chen)底，具有背面電極的(de)紅光、黃(huang)光、黃(huang)綠(lv)芯(xin)片，采(cai)(cai)用銀(yin)膠(jiao)(jiao)。對于藍(lan)寶石絕緣襯(chen)(chen)底的(de)藍(lan)光、綠(lv)光LED芯(xin)片，采(cai)(cai)用絕緣膠(jiao)(jiao)來固(gu)定芯(xin)片。

工(gong)藝(yi)難點(dian)在(zai)于(yu)點(dian)膠(jiao)(jiao)量的(de)(de)控制，在(zai)膠(jiao)(jiao)體高度、點(dian)膠(jiao)(jiao)位置(zhi)均(jun)有詳細的(de)(de)工(gong)藝(yi)要(yao)求。由于(yu)銀膠(jiao)(jiao)和絕(jue)緣膠(jiao)(jiao)在(zai)貯存(cun)和使用均(jun)有嚴格的(de)(de)要(yao)求，提醒：銀膠(jiao)(jiao)的(de)(de)醒料、攪拌、使用時間都是工(gong)藝(yi)上必須注意的(de)(de)事項。

LED備膠

和點膠(jiao)相反，備(bei)膠(jiao)是用備(bei)膠(jiao)機(ji)先把(ba)銀膠(jiao)涂在LED背(bei)面電極上，然后把(ba)背(bei)部帶銀膠(jiao)的LED安裝在LED支架上。備(bei)膠(jiao)的效率遠高于(yu)點膠(jiao)，但不(bu)是所有產(chan)品均適用備(bei)膠(jiao)工藝。

LED手工刺片

將(jiang)擴張后(hou)LED芯片(pian)(pian)（備膠(jiao)或未備膠(jiao)）安置在刺(ci)(ci)片(pian)(pian)臺的(de)夾(jia)具(ju)上，LED支架(jia)放(fang)在夾(jia)具(ju)底下，在顯(xian)微鏡(jing)下用(yong)針將(jiang)LED芯片(pian)(pian)一(yi)個一(yi)個刺(ci)(ci)到相應(ying)的(de)位置上。手工刺(ci)(ci)片(pian)(pian)和(he)自動(dong)裝(zhuang)架(jia)相比(bi)有一(yi)個好處，便于隨時(shi)更(geng)換不同的(de)芯片(pian)(pian)，適用(yong)于需要安裝(zhuang)多種芯片(pian)(pian)的(de)產品(pin)。

LED自動裝架

自動(dong)裝(zhuang)架(jia)其實(shi)是結合了沾膠(jiao)(jiao)(jiao)（點膠(jiao)(jiao)(jiao)）和(he)安裝(zhuang)芯(xin)片(pian)(pian)兩大步(bu)驟(zou)，先(xian)在LED支架(jia)上(shang)點上(shang)銀膠(jiao)(jiao)(jiao)（絕(jue)緣(yuan)膠(jiao)(jiao)(jiao)），然(ran)后用(yong)(yong)(yong)真空(kong)吸嘴(zui)將LED芯(xin)片(pian)(pian)吸起移動(dong)位(wei)置(zhi)，再(zai)安置(zhi)在相應的(de)(de)支架(jia)位(wei)置(zhi)上(shang)。自動(dong)裝(zhuang)架(jia)在工(gong)藝(yi)上(shang)主要(yao)要(yao)熟(shu)悉設備(bei)操作編(bian)程，同時對設備(bei)的(de)(de)沾膠(jiao)(jiao)(jiao)及安裝(zhuang)精度(du)進行調整。在吸嘴(zui)的(de)(de)選(xuan)(xuan)用(yong)(yong)(yong)上(shang)盡量(liang)選(xuan)(xuan)用(yong)(yong)(yong)膠(jiao)(jiao)(jiao)木吸嘴(zui)，防止(zhi)對LED芯(xin)片(pian)(pian)表(biao)面的(de)(de)損(sun)傷，特別是藍、綠色芯(xin)片(pian)(pian)必須用(yong)(yong)(yong)膠(jiao)(jiao)(jiao)木的(de)(de)。因為鋼嘴(zui)會(hui)劃傷芯(xin)片(pian)(pian)表(biao)面的(de)(de)電流(liu)擴散層。

LED燒結

燒結的目的是使(shi)銀膠(jiao)固化，燒結要求對溫度(du)進(jin)行監控，防止批(pi)次性(xing)不良。銀膠(jiao)燒結的溫度(du)一般控制(zhi)在150℃，燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃，1小時。絕緣膠(jiao)一般150℃，1小時。

銀膠燒結烘箱的必須按(an)工藝(yi)要求(qiu)隔(ge)2小時（或1小時）打(da)開更換燒結的產品(pin)，中間不得隨意(yi)打(da)開。燒結烘箱不得再其他用途，防止污染。

LED壓焊

壓焊的目的是將(jiang)電極引到LED芯(xin)片上，完成(cheng)產(chan)品內外(wai)引線的連接工作。

LED的壓(ya)(ya)焊(han)工藝有金絲(si)球(qiu)焊(han)和鋁(lv)(lv)絲(si)壓(ya)(ya)焊(han)兩種。鋁(lv)(lv)絲(si)壓(ya)(ya)焊(han)的過(guo)(guo)程為先在LED芯(xin)片電極上(shang)壓(ya)(ya)上(shang)第(di)(di)一點(dian)，再將鋁(lv)(lv)絲(si)拉到相應的支架上(shang)方，壓(ya)(ya)上(shang)第(di)(di)二(er)點(dian)后(hou)扯斷鋁(lv)(lv)絲(si)。金絲(si)球(qiu)焊(han)過(guo)(guo)程則在壓(ya)(ya)第(di)(di)一點(dian)前(qian)先燒個球(qiu)，其余(yu)過(guo)(guo)程類似(si)。

壓焊(han)是(shi)LED封裝技術(shu)中的關鍵環節(jie)，工藝上(shang)主要需要監控的是(shi)壓焊(han)金絲（鋁絲）拱(gong)絲形(xing)狀(zhuang)，焊(han)點形(xing)狀(zhuang)，拉力。

LED封膠

LED的(de)封裝主要有(you)點膠、灌(guan)封、模壓(ya)三種。基本(ben)上(shang)工藝控制的(de)難點是氣泡、多缺(que)料、黑(hei)點。設計上(shang)主要是對材料的(de)選型，選用結(jie)合良好的(de)環氧(yang)和支架。（一般的(de)LED無法(fa)通過(guo)氣密性試驗(yan)）。

LED點(dian)膠(jiao)(jiao) TOP-LED和Side-LED適(shi)用點(dian)膠(jiao)(jiao)封裝。手動(dong)點(dian)膠(jiao)(jiao)封裝對(dui)操作水平要(yao)(yao)求很高（特別是(shi)白光(guang)(guang)LED），主(zhu)要(yao)(yao)難(nan)點(dian)是(shi)對(dui)點(dian)膠(jiao)(jiao)量的控制，因為(wei)環氧在使(shi)用過程中會變稠。白光(guang)(guang)LED的點(dian)膠(jiao)(jiao)還存在熒光(guang)(guang)粉沉淀(dian)導(dao)致(zhi)出(chu)光(guang)(guang)色差的問(wen)題。

LED灌膠(jiao)封(feng)(feng)裝(zhuang) Lamp-LED的(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)采(cai)用灌封(feng)(feng)的(de)形(xing)式。灌封(feng)(feng)的(de)過程(cheng)是先(xian)在LED成型模(mo)腔內注入(ru)液(ye)態環氧，然后插入(ru)壓焊好的(de)LED支架，放(fang)入(ru)烘(hong)箱(xiang)讓環氧固化后，將LED從(cong)模(mo)腔中脫出即(ji)成型。

LED模(mo)壓(ya)封裝將壓(ya)焊好的(de)LED支架放(fang)入(ru)模(mo)具中，將上下(xia)兩副模(mo)具用液(ye)壓(ya)機合模(mo)并抽(chou)真空，將固(gu)態環(huan)氧放(fang)入(ru)注膠道的(de)入(ru)口加熱用液(ye)壓(ya)頂桿(gan)壓(ya)入(ru)模(mo)具膠道中，環(huan)氧順著膠道進入(ru)各個LED成型槽(cao)中并固(gu)化。

LED固化與后固化

固化是指封裝(zhuang)環(huan)氧(yang)的固化，一般(ban)(ban)環(huan)氧(yang)固化條(tiao)件(jian)在135℃，1小(xiao)時。模壓封裝(zhuang)一般(ban)(ban)在150℃，4分鐘。后(hou)固化是為了讓(rang)環(huan)氧(yang)充分固化，同時對LED進行(xing)熱老化。后(hou)固化對于提(ti)高環(huan)氧(yang)與(yu)支(zhi)架（PCB）的粘接強度非常(chang)重要(yao)。一般(ban)(ban)條(tiao)件(jian)為120℃，4小(xiao)時。

LED切筋(jin)和劃片(pian)

由(you)于LED在(zai)(zai)生產中是(shi)連在(zai)(zai)一起的（不是(shi)單個），Lamp封裝LED采用切(qie)(qie)筋(jin)切(qie)(qie)斷LED支架的連筋(jin)。SMD-LED則是(shi)在(zai)(zai)一片(pian)PCB板上，需要劃片(pian)機來完(wan)成分離工作。

LED測試

測試LED的光電參數(shu)、檢驗外形(xing)尺寸(cun)，同時根據(ju)客戶要求對LED產品進行分(fen)選。

應用

20世(shi)紀90年代LED技術(shu)的(de)長足進步,不(bu)僅(jin)是發光效率(lv)超過(guo)了(le)白熾燈(deng)，光強達到(dao)了(le)燭光級，而(er)且顏色(se)(se)也從紅色(se)(se)到(dao)藍色(se)(se)覆蓋了(le)整(zheng)個可見光譜(pu)范圍(wei)。這種從指示燈(deng)水(shui)平(ping)到(dao)超過(guo)通用(yong)光源水(shui)平(ping)的(de)技術(shu)革(ge)命導致各種新的(de)應(ying)用(yong)，諸如汽車信號(hao)燈(deng)、交通信號(hao)燈(deng)、室外(wai)全色(se)(se)大型(xing)顯示屏以(yi)及特殊(shu)的(de)照明光源。

隨著發光(guang)(guang)二(er)極管高(gao)(gao)亮度化(hua)和(he)多(duo)色化(hua)的(de)進展(zhan)(zhan)(zhan),應用(yong)領域(yu)也(ye)不斷(duan)擴展(zhan)(zhan)(zhan).從下邊(bian)較低光(guang)(guang)通量(liang)的(de)指示燈(deng)到(dao)顯(xian)示屏，再從室外顯(xian)示屏到(dao)中等(deng)光(guang)(guang)通量(liang)功率信(xin)號(hao)燈(deng)和(he)特(te)殊照明(ming)(ming)(ming)的(de)白光(guang)(guang)光(guang)(guang)源，最(zui)后(hou)發展(zhan)(zhan)(zhan)到(dao)右上角的(de)高(gao)(gao)光(guang)(guang)通量(liang)通用(yong)照明(ming)(ming)(ming)光(guang)(guang)源。2000年是(shi)時間的(de)分界線(xian)，在2000年已解(jie)決所(suo)有(you)顏色的(de)信(xin)號(hao)顯(xian)示問題(ti)和(he)燈(deng)飾問題(ti)，并已開始低、中光(guang)(guang)通量(liang)的(de)特(te)殊照明(ming)(ming)(ming)應用(yong)，而(er)作為通用(yong)照明(ming)(ming)(ming)的(de)高(gao)(gao)光(guang)(guang)通量(liang)白光(guang)(guang)照明(ming)(ming)(ming)應用(yong)，似乎還有(you)待時日，需將(jiang)光(guang)(guang)通量(liang)進一步(bu)(bu)大幅度提(ti)高(gao)(gao)方(fang)能實現(xian)(xian)。當(dang)然，這(zhe)也(ye)是(shi)個過程，會隨亮度提(ti)高(gao)(gao)和(he)價格(ge)下降而(er)逐步(bu)(bu)實現(xian)(xian)。

LED顯示屏

自20世紀80年代(dai)中期(qi)，就有單(dan)色(se)和多色(se)顯示屏(ping)(ping)問世，起初(chu)是(shi)文字屏(ping)(ping)或動畫屏(ping)(ping)。90年代(dai)初(chu)，電(dian)子計(ji)算機技(ji)術(shu)(shu)和集成電(dian)路技(ji)術(shu)(shu)的發展(zhan)，使得LED顯示屏(ping)(ping)的視頻技(ji)術(shu)(shu)得以實現，電(dian)視圖(tu)像直接(jie)上(shang)屏(ping)(ping)，特別(bie)是(shi)90年代(dai)中期(qi)，藍色(se)和綠色(se)超(chao)高亮度LED研(yan)制(zhi)成功(gong)并迅速投產，使室外(wai)屏(ping)(ping)的應用大大擴展(zhan)，面(mian)積在100—300m不等。

LED顯(xian)示屏在(zai)體育場館(guan)、廣場、會場甚至街道、商場都已廣泛應(ying)用(yong)(yong)(yong)，美國(guo)時代廣場上的納斯達克(ke)全(quan)彩屏最為(wei)聞名，該(gai)屏面(mian)(mian)積為(wei)120英尺×90英尺，相當于1005m，由1900萬只超高(gao)亮藍、綠、紅色LED制成(cheng)。此(ci)外(wai)，在(zai)證券行(xing)情屏、銀行(xing)匯率屏、利(li)率屏等方(fang)面(mian)(mian)應(ying)用(yong)(yong)(yong)也(ye)占較大比例(li)，近期(qi)在(zai)高(gao)速公路(lu)、高(gao)架(jia)道路(lu)的信息屏方(fang)面(mian)(mian)也(ye)有較大的發展。發光二極(ji)管在(zai)這一領域的應(ying)用(yong)(yong)(yong)已成(cheng)規(gui)模，形成(cheng)新興產業，且可期(qi)望有較穩定的增長。

交通信號燈

航標燈采(cai)用(yong)LED作光源已(yi)有多(duo)年(nian)(nian)(nian)，目前的工作是(shi)改進(jin)和(he)完善。道路交(jiao)通(tong)信(xin)號燈近幾年(nian)(nian)(nian)來取得了長(chang)足的進(jin)步，技術發展(zhan)較快，應用(yong)發展(zhan)迅猛，中國每年(nian)(nian)(nian)有四萬套左右的訂單(dan)，而(er)美國加州(zhou)在(zai)一年(nian)(nian)(nian)內就用(yong)LED交(jiao)通(tong)信(xin)號燈更換了五萬套傳統光源的信(xin)號燈，根據使(shi)用(yong)效果(guo)看，壽(shou)命長(chang)、省電和(he)免(mian)維護效果(guo)是(shi)明顯的。采(cai)用(yong)LED的發光峰值(zhi)波長(chang)是(shi)紅色(se)630nm，黃色(se)590nm，綠色(se)505nm。應該注意的問題是(shi)驅動電流不(bu)應過大，否則夏天(tian)陽光下(xia)的高溫條件將(jiang)會影響LED的壽(shou)命。

最(zui)近，應用(yong)(yong)于(yu)飛(fei)機場作為標燈(deng)、投光(guang)燈(deng)和全向燈(deng)的LED機場專(zhuan)(zhuan)用(yong)(yong)信號燈(deng)也已獲成功并投入使用(yong)(yong)，多方反(fan)映效果很好。它具有自主(zhu)知(zhi)識產(chan)權，獲準兩項專(zhuan)(zhuan)利，可靠(kao)性(xing)好、節省用(yong)(yong)電、免維護、可推廣(guang)應用(yong)(yong)到各種(zhong)機場、替代已沿用(yong)(yong)幾十年(nian)的舊信號燈(deng)，不僅亮度(du)高，而且由于(yu)LED光(guang)色純(chun)度(du)好，特別鮮明，易于(yu)信號識別。

汽車用燈

超(chao)高亮LED可以做成汽車(che)的(de)(de)剎車(che)燈(deng)、尾燈(deng)和方向(xiang)燈(deng)，也可用(yong)(yong)于儀表照(zhao)明(ming)和車(che)內照(zhao)明(ming)，它在(zai)耐震動、省電(dian)及長壽(shou)命(ming)方面(mian)比白熾燈(deng)有明(ming)顯的(de)(de)優(you)勢(shi)。用(yong)(yong)作剎車(che)燈(deng)，它的(de)(de)響應時間為60ns，比白熾燈(deng)的(de)(de)140ms要(yao)短許(xu)多，在(zai)典型的(de)(de)高速(su)公(gong)路上行駛，會增加4—6m的(de)(de)安全距離。

液晶屏背光源

LED作為(wei)(wei)液(ye)(ye)晶顯(xian)示(shi)的(de)(de)背(bei)光(guang)源，它不僅可(ke)作為(wei)(wei)綠(lv)色(se)(se)(se)、紅色(se)(se)(se)、藍色(se)(se)(se)、白色(se)(se)(se)，還可(ke)以作為(wei)(wei)變色(se)(se)(se)背(bei)光(guang)源，已(yi)有許多產品進入生(sheng)產及應(ying)用(yong)階段(duan)。最近，手機(ji)上液(ye)(ye)晶顯(xian)示(shi)屏用(yong)LED制作背(bei)光(guang)源，提升(sheng)了產品的(de)(de)檔次(ci)，效果(guo)(guo)很好(hao)。采用(yong)8個藍色(se)(se)(se)、24個綠(lv)色(se)(se)(se)、32個紅色(se)(se)(se)LuxeonLED制成的(de)(de)15英(ying)寸(cun)（1英(ying)寸(cun)≈2.5厘(li)米）液(ye)(ye)晶屏的(de)(de)背(bei)光(guang)源，可(ke)達到120W，2500 lm，亮(liang)度18000nits（尼特，cd/m2）。22液(ye)(ye)晶屏背(bei)光(guang)源也已(yi)制成，僅為(wei)(wei)6mm厚，不但混色(se)(se)(se)效果(guo)(guo)好(hao)，顯(xian)色(se)(se)(se)指數也達到80以上。大(da)型背(bei)光(guang)源雖處于開(kai)發階段(duan)，但潛力(li)很大(da)。

燈飾

由(you)于(yu)發光(guang)二(er)極管亮(liang)度(du)的(de)提高(gao)和價(jia)格的(de)下降，再(zai)加(jia)上(shang)長壽命、節(jie)電(dian)，驅動和控制較霓虹燈簡易，不僅(jin)能閃爍，還能變色(se)，所以(yi)用超(chao)高(gao)亮(liang)度(du)LED做成(cheng)(cheng)的(de)單色(se)、多(duo)色(se)乃至(zhi)變色(se)的(de)發光(guang)柱配以(yi)其(qi)他(ta)形(xing)狀(zhuang)的(de)各色(se)發光(guang)單元，裝飾高(gao)大建筑物(wu)、橋梁(liang)、街(jie)道及廣(guang)場(chang)等景(jing)(jing)觀工程效果很好(hao)，呈(cheng)現一(yi)派色(se)彩繽紛、星光(guang)閃爍及流光(guang)異彩的(de)景(jing)(jing)象。已有不少(shao)單位生產LED光(guang)柱達萬米(mi)以(yi)上(shang)，彩燈幾萬個，正逐(zhu)步推(tui)廣(guang)，估計會逐(zhu)步擴(kuo)大單獨形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)種產業。

照明光源

作為照明光(guang)源(yuan)的(de)LED光(guang)源(yuan)應是(shi)白光(guang)，作為軍用(yong)的(de)白光(guang)LED照明燈具，已有(you)一些(xie)品種投(tou)入批量(liang)生(sheng)產。由于(yu)(yu)LED光(guang)源(yuan)無紅外輻射，便于(yu)(yu)隱蔽，再加(jia)上它還具有(you)耐(nai)振動、適(shi)合于(yu)(yu)蓄電(dian)池供(gong)電(dian)、結構固體(ti)化及攜帶方便等優點，將在特殊照明光(guang)源(yuan)方面會有(you)較大發展(zhan)。作為民(min)間使(shi)用(yong)的(de)草坪燈、埋(mai)地燈已有(you)規模生(sheng)產，也有(you)用(yong)作顯微鏡視場照明、手(shou)電(dian)、外科醫生(sheng)的(de)頭燈、博物館或畫展(zhan)的(de)照明以及閱讀臺燈。

溫室補光

光是(shi)植(zhi)物(wu)(wu)生(sheng)長和發育最重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)環境因素之一，對(dui)植(zhi)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)生(sheng)長發育、形(xing)態建成、光合(he)作(zuo)用(yong)、物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)代(dai)謝(xie)(xie)及(ji)基(ji)因表達均有(you)調控作(zuo)用(yong)，因此溫(wen)室(shi)補光是(shi)實現植(zhi)物(wu)(wu)優質(zhi)(zhi)(zhi)高產的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)途徑。近年來，發光二極管(guan)在植(zhi)物(wu)(wu)工廠中的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)越來越廣泛，LED光源(yuan)的(de)(de)(de)波(bo)寬窄、能(neng)耗(hao)低(di)、體積小(xiao)、效(xiao)率高、耐衰老、熱耗(hao)低(di)的(de)(de)(de)優點，使其成為(wei)了眾(zhong)多(duo)光質(zhi)(zhi)(zhi)研究人員使用(yong)的(de)(de)(de)新(xin)光源(yuan)。為(wei)止，大量應(ying)用(yong)LED光源(yuan)研究光環境對(dui)植(zhi)物(wu)(wu)宏觀的(de)(de)(de)形(xing)態、產量、品(pin)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，以及(ji)對(dui)細胞(bao)顯微結構、植(zhi)物(wu)(wu)分化、次生(sheng)代(dai)謝(xie)(xie)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)研究層出(chu)不(bu)窮。

發光二極管封裝件的散熱

在半導體照明裝置中，通常采用高(gao)功率(lv)高(gao)亮度的(de)發光(guang)(guang)二極管（LED）作為(wei)光(guang)(guang)源，當在發光(guang)(guang)二極管中通以電(dian)流時(shi)，電(dian) 子與空穴(xue)會直接復合，從而釋(shi)放能量(liang)發光(guang)(guang)，其(qi)具有(you)(you)功耗(hao)小、使用壽命(ming)長等優(you)點(dian)，在照明領域應用廣泛。然而，目前的(de)光(guang)(guang)電(dian)轉換效率(lv)較(jiao)低，有(you)(you)很(hen)大比重轉化為(wei)熱能，故LED芯片上的(de)功率(lv)密(mi)度很(hen)大。大的(de)功率(lv)密(mi)度對器件的(de)散熱也提出了高(gao)的(de)要求，發光(guang)(guang)二極管中封裝件散熱問(wen)題已(yi)成為(wei)影(ying)響其(qi)產(chan)業化發展的(de)重大問(wen)題。

散熱冷卻方式

LED 的散熱(re)機(ji)構一般有(you)這(zhe)幾種(zhong)形式：

1．利用熱傳導(dao)金屬(shu)或散熱鰭(qi)片與(yu)LED封裝件貼合散熱。

2．加裝風扇強制散熱。

3．在(zai)封裝(zhuang)件(jian)中設置流通液體散熱。

4．熱(re)管在封(feng)裝件中(zhong)的結合，利用熱(re)管內工作介質相變時可吸收(shou)或(huo)散發熱(re)能。

原理與特點

熱(re)(re)管散熱(re)(re)利用(yong)物質相變的(de)原(yuan)理(li)，具(ju)有可吸收或散發(fa)高(gao)熱(re)(re)能的(de)特性，這使(shi)得熱(re)(re)管成為(wei)具(ju)備(bei)極(ji)高(gao)的(de)熱(re)(re)傳導效率的(de)設備(bei)，熱(re)(re)管冷卻(que)主(zhu)要(yao)是利用(yong)工(gong)作流體在(zai)真空中的(de)蒸發(fa)與(yu)冷凝來傳遞(di)熱(re)(re)量(liang)，當熱(re)(re)管的(de)一端受熱(re)(re)時，毛細芯中的(de)工(gong)作液(ye)體蒸發(fa)汽(qi)化，蒸汽(qi)在(zai)壓差之下(xia)流向另(ling)一端放(fang)出熱(re)(re)量(liang)并凝結成液(ye)體，液(ye)體再沿(yan)多孔材料依靠毛細管作用(yong)流回蒸發(fa)端，熱(re)(re)量(liang)得以沿(yan)熱(re)(re)管迅(xun)速(su)傳遞(di)。

鈣鈦礦發光二極管

傳(chuan)統無(wu)(wu)機(ji)(ji)LED技術相對成(cheng)熟且發(fa)光(guang)效率高(gao)(gao)，在照明領域應用廣泛，但外延生長等制備(bei)工(gong)藝限(xian)制了其難用于大(da)面積和柔性(xing)器(qi)件(jian)制備(bei)。有(you)機(ji)(ji)或量子(zi)(zi)點LED具(ju)(ju)有(you)易于大(da)面積成(cheng)膜(mo)、可(ke)柔性(xing)化等優(you)(you)勢，但是高(gao)(gao)亮度下(xia)的(de)低(di)效率和短(duan)壽命(ming)問題(ti)還亟待解決。金(jin)屬鹵化物鈣(gai)鈦礦型材料(liao)兼(jian)具(ju)(ju)無(wu)(wu)機(ji)(ji)和有(you)機(ji)(ji)材料(liao)的(de)諸多(duo)優(you)(you)點”。如(ru)可(ke)溶液法大(da)面積制備(bei)、帶隙可(ke)調、載流子(zi)(zi)遷移率高(gao)(gao)、熒光(guang)效率高(gao)(gao)等。因此，基于鈣(gai)鈦礦材料(liao)的(de)LED相較于傳(chuan)統發(fa)光(guang)二極管(guan)具(ju)(ju)有(you)諸多(duo)優(you)(you)勢，尤(you)其是可(ke)低(di)成(cheng)本、大(da)面積制備(bei)高(gao)(gao)亮度、高(gao)(gao)效率發(fa)光(guang)器(qi)件(jian)，對顯示與照明均具(ju)(ju)有(you)重(zhong)要意義。

鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦發(fa)(fa)光(guang)二(er)極管(guan)發(fa)(fa)展迅(xun)速，自(zi)2014年劍橋大學(xue)報(bao)道首(shou)篇外(wai)量子(zi)效率(lv)（EQE）為0.76%的(de)(de)三維(wei)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦發(fa)(fa)光(guang)器件以(yi)來，經過短短五年的(de)(de)發(fa)(fa)展，近(jin)紅外(wai)、紅光(guang)和綠光(guang)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦發(fa)(fa)光(guang)器件的(de)(de)外(wai)量子(zi)效率(lv)均已突破(po)20%。值得一提的(de)(de)是中國科學(xue)家在(zai)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦發(fa)(fa)光(guang)領域里的(de)(de)多個方(fang)向開(kai)創了全新的(de)(de)研究(jiu)方(fang)法。

2015年(nian)(nian)，南(nan)京(jing)工(gong)業大(da)(da)學(xue)(xue)與(yu)浙江大(da)(da)學(xue)(xue)團(tuan)隊合(he)作報(bao)道了外(wai)(wai)量(liang)子(zi)效率(lv)為3.5%的(de)(de)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)發光(guang)二(er)極管，為當時(shi)的(de)(de)最(zui)高紀錄，也是國(guo)內(nei)在此領域(yu)的(de)(de)首篇論文(wen)。隨(sui)后(hou)，北京(jing)理(li)工(gong)大(da)(da)學(xue)(xue)和南(nan)京(jing)理(li)工(gong)大(da)(da)學(xue)(xue)相繼報(bao)道了基于(yu)量(liang)子(zi)點的(de)(de)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED。2016年(nian)(nian)，南(nan)京(jing)工(gong)業大(da)(da)學(xue)(xue)采用(yong)具有多量(liang)子(zi)阱(jing)結構的(de)(de)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)實現了外(wai)(wai)量(liang)子(zi)效率(lv)突(tu)破10%的(de)(de)近紅外(wai)(wai)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED，相關成果于(yu)2016年(nian)(nian)發表于(yu)《Nature Photonics》。采用(yong)類似方法，中國(guo)科學(xue)(xue)院半導體研究所將綠(lv)光(guang)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED的(de)(de)外(wai)(wai)量(liang)子(zi)效率(lv)提高到14.36%。2018年(nian)(nian)，南(nan)京(jing)工(gong)業大(da)(da)學(xue)(xue)首次將近紅外(wai)(wai)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED外(wai)(wai)量(liang)子(zi)效率(lv)提升(sheng)至20.7%，性能(neng)媲美已產業化的(de)(de)有機和量(liang)子(zi)LED。同年(nian)(nian)，華僑大(da)(da)學(xue)(xue)”州將綠(lv)光(guang)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED的(de)(de)EQE提升(sheng)至20.3%。

這兩項國內成(cheng)果被《Nature》邀(yao)請的(de)領(ling)域專家評述(shu)為(wei)“突破性成(cheng)果”， “是鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)材料在(zai)發(fa)光(guang)(guang)二極(ji)管中(zhong)應用的(de)里(li)程碑式跨越”， “使鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED技術突破性能障(zhang)礙，將推動鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED的(de)產(chan)業化發(fa)展(zhan)”。總體來說(shuo)，目前(qian)中(zhong)國在(zai)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)LED研究方(fang)面處于(yu)世界(jie)領(ling)先地位(wei)，特(te)別是在(zai)高亮度、高穩定性鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦礦(kuang)發(fa)光(guang)(guang)器件方(fang)面，已(yi)經(jing)取得具(ju)有自(zi)主知(zhi)識產(chan)權。有世界(jie)影響力的(de)創新(xin)成(cheng)果。

盡管(guan)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦LED的(de)研(yan)究已(yi)經(jing)取得了(le)很(hen)大的(de)進(jin)展，但其發展仍(reng)(reng)然面(mian)臨著諸多挑(tiao)戰。首(shou)先，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦LED的(de)穩定性問題(ti)需要(yao)解(jie)(jie)決。目前通過材料設計、器件結(jie)構及界(jie)面(mian)優(you)化等方法(fa)已(yi)大大提升了(le)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦LED的(de)穩定性，但尚未達(da)到(dao)產業化的(de)要(yao)求。其次(ci)，鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦材料中鉛元(yuan)素的(de)毒性可能是其產業化道(dao)路(lu)上的(de)一(yi)個(ge)障礙(ai)。研(yan)究發現許多元(yuan)素（如(ru)錫、銅、鍺及銀等）在(zai)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦材料中可以(yi)替代(dai)鉛元(yuan)素，但目前利用這些元(yuan)素制備的(de)器件性能還不及鉛基鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦LED。此外，大面(mian)積模塊(kuai)化制備鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦LED仍(reng)(reng)處于萌芽(ya)期，如(ru)何發展制備工藝來進(jin)行可控大面(mian)積生產還需要(yao)解(jie)(jie)決。

總之，鈣鈦(tai)礦(kuang)發光材料(liao)與器(qi)件具有(you)(you)(you)誘人(ren)的(de)發展前景，未來(lai)(lai)隨著對材料(liao)理解的(de)深入及工藝技(ji)術的(de)進步，有(you)(you)(you)望進一步提高器(qi)件的(de)效率和穩定性，推進其(qi)產業(ye)化進程(cheng)。在不遠的(de)將來(lai)(lai)，鈣鈦(tai)礦(kuang)LED將會以其(qi)優異的(de)性能和低(di)廉的(de)成本成為新一代顯示(shi)與照明(ming)的(de)有(you)(you)(you)力競(jing)爭(zheng)者，在未來(lai)(lai)照明(ming)與顯示(shi)產業(ye)中占有(you)(you)(you)重要地位。

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