壹、LED的結構和發光原理
50年前，人們就知道了半導體材料可以發光的基本知識。第壹個商用二極管產生於1960年。LED是英文發光二極管的縮寫。它的基本結構是壹塊電致發光半導體材料，用引線放在架子上，然後用環氧樹脂密封，保護內部芯線，所以led抗震性能好。
LED結構圖如下圖所示。
發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有壹個過渡層，稱為pn結。在壹些半導體材料的PN結中，註入的少數載流子與多數載流子復合時，多余的能量會以光的形式釋放出來，從而直接將電能轉化為光能。PN結加反向電壓時，少數載流子很難註入，所以不發光。這種利用註入電致發光原理制成的二極管稱為發光二極管，俗稱led。當處於正向工作狀態時(即兩端加直流電壓)，當電流從LED的陽極流向陰極時，半導體晶體發出從紫外到紅外不同顏色的光，光的強度與電流有關。
二、LED光源的特點
1.電壓:LED使用低壓電源，電源電壓在6-24V之間，根據產品不同而不同，所以是比使用高壓電源更安全的電源，特別適合公共場所。
2.效率:與同等光效的白熾燈相比，能耗降低80%。
3.適用性:非常小，每個單位LED芯片為3-5mm見方，因此可以做成各種形狀的器件，適用於多變的環境。
4.穩定性:654.38+10萬小時，光衰為初始值的50%。
5.響應時間:白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級。
6.環境汙染:不含有害金屬汞。
7.顏色:通過改變電流可以改變顏色，發光二極管通過化學修飾可以很容易地調節材料的能帶結構和帶隙，實現紅、黃、綠、藍、橙的多色發射。例如，在低電流下為紅色的LED可以隨著電流的增加而變成橙色、黃色並最終變成綠色。
8.價格:led比較貴。與白熾燈相比，幾個led的價格可以相當於壹個白熾燈的價格，通常每組信號燈需要由300 ~ 500個二極管組成。
三。單色LED的種類和發展歷史
最早的用半導體pn結發光原理制作的LED光源問世於20世紀60年代初。當時用的材料是GaAsP，發出紅光(λp=650nm)。當驅動電流為20 mA時，光通量僅為千分之幾流明，對應的發光效率約為0.1流明/瓦。
70年代中期，In和n元素的引入導致了綠光(λp=555nm)、黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到了1流明/瓦。
80年代初，GaAlAs LED光源出現，使紅色LED的光效達到10流明/瓦。
上世紀90年代初，發射紅黃光的GaAlInP和發射綠藍光的GaInN兩種新材料研制成功，大大提高了LED的光效。在2000年，前者制造的LED在紅色和橙色區域(λp=615nm)的光效率達到100流明/瓦，而後者制造的LED在綠色區域(λp=530nm)的光效率達到50流明/瓦。
四、單色光LED的應用
起初，LED被用作儀器儀表的指示光源。後來，各種光色的led廣泛應用於交通信號燈和大面積顯示屏，產生了良好的經濟效益和社會效益。以12寸紅色紅綠燈為例。在美國，最初采用140瓦的長壽命低光效白熾燈作為光源，產生2000流明的白光。通過紅色濾光片後，損失了90%的光，只剩下200流明的紅光。在新設計的燈具中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損耗，* * *消耗14瓦，可以產生同樣的光效。
汽車信號燈也是LED光源應用的壹個重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈。由於LED響應速度快(納秒級)，後車駕駛員可以盡早了解行駛情況，減少追尾事故的發生。
此外，LED燈已應用於戶外紅綠藍全彩顯示屏、鑰匙扣微型手電筒等領域。
動詞 （verb的縮寫）白光LED的發展
對於壹般照明，人們更需要壹個白色光源。1998白光LED研制成功。這種LED由GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝而成。GaN芯片發出藍光(λp=465nm，Wd=30nm)，高溫燒結的含Ce3+的YAG熒光粉被這種藍光激發後發出黃光，峰值為550nm。藍色LED基板安裝在碗狀反射腔內，覆蓋壹層薄薄的混有YAG的樹脂，約200-500nm。LED基板發出的壹部分藍光被熒光粉吸收，另壹部分藍光與熒光粉發出的黃光混合得到白光。現在對於InGaN/YAG白光LED，通過改變YAG熒光粉的化學成分，調整熒光粉層的厚度，可以獲得3500-10000K的各種白光。(如下圖所示)
表1列出了當前白光led的類型及其發光原理。目前已經商業化的第壹個產品是藍光單片加YAG黃色熒光粉，其最佳發光效率約為25流明/瓦。YAG多為日本日本亞洲公司進口，價格2000元/斤。第二個是日本住友電氣公司也開發了壹種ZnSe的白光LED，但是發光效率差。
從表中還可以看出，某些種類的白光LED光源離不開四種熒光粉:三色稀土紅、綠、藍粉和石榴石結構的黃粉。未來有望使用三波長光，即無機紫外芯片和R.G.B三色熒光粉來封裝LED白光。預計今年三波長白光led將有商業機會。但這裏的三基色熒光粉要求粒度更小，穩定性更高，具體應用還在探索中。
表1白光LED的種類和原理
芯片編號
激發源
發光材料
發光原理
1
藍色LED
InGaN/YAG
InGaN的藍光與YAG的黃光混合形成白光。
藍色LED
InGaN/磷光體
由InGaN藍光激發的紅色、綠色和藍色磷光體發射白光。
藍色LED
ZnSe
薄膜層發出的藍光和在襯底上激發的黃光混合成白光。
紫外線發光二極管
InGaN/磷光體
InGaN的紫外激發的紅色、綠色和藍色磷光體發出白光。
2
藍色LED
黃綠色LED
InGaN、GaP
將兩種互補顏色的芯片封裝在壹起，形成白光LED。
三
藍色LED
綠色LED
紅色LED
英甘
AlInGaP
發射三原色的三種小片封裝在壹起形成白色LED。
多個的
具有多種光色的發光二極管
InGaN、GaP
AlInGaP
遍布可見區的各種光學芯片封裝在壹起形成白光LED。
使用LED光源進行照明將首先取代耗電的白熾燈，然後逐步進入整個照明市場，這樣可以節省大量的電力。最近白光LED的功耗達到了1瓦以上，光輸出為25流明，也增加了它的實用性。表2和表3列出了白光LED的效率進展。
表2單個白光L ED的能效進展
年齡
發光效率(流明/瓦特)
評論
1998
五
199
15
類似白熾燈
2001
25
類似鎢鹵素燈
2005
50
估計
表3長期發展目標
單個白光LED
輸入功率
10W
發光效率
100流明/瓦特
輸出光能
1000流明/瓦特
不及物動詞行業概況
在LED廠商中，日亞化學率先研發出不同波長的高亮度LED和藍紫半導體激光器(激光二極管；；LD)，是業內擁有藍色LED專利權的重量級企業。日本亞洲化學在獲得藍色LED生產和電極結構等多項基礎專利後，堅持不向外界提供授權，只采取自己生產的策略，意圖壟斷市場，導致藍色LED價格昂貴。但是其他有產能的廠商就相當不以為然了。壹些日本LED廠商認為，日本亞洲化學的策略將逐漸使日本在歐美等國LED廠商的藍白LED競爭中取得領先，對日本LED產業整體造成嚴重損害。因此，許多制造商盡力開發和生產藍色LED。目前，除日本亞洲化學和住友電氣外，還有豐田合成、Romu、東芝和夏普，美國Cree，世界三大照明工廠，奇點、飛利浦、歐司朗、惠普、西門子、Research和EMCORE，都投入了該產品的研發，對白光LED產品的產業化和市場化起到了積極的推動作用。