LED发光原理与芯片制造.txt有谁会对着自己的裤裆傻笑。不敢跟他说话却一遍一遍打开他的资料又关上。用了心旳感情，真旳能让人懂得很多事。╮如果有一天,我的签名不再频繁更新,那便证明我过的很好。本文由luckyzcy1985贡献
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LED的發光原理與芯片製造
報告者：……
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报告的主要内容： LED的发展，特别是芯片的发展 LED芯片的结构与发光原理 LED芯片的制造过程 LED的封装与应用未来的展望
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From:https://www.doczj.com/doc/312649091.html, LED的发展，芯片的发展
发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的禁带与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。发光二极管的发展
年代 1965 1968 1971 80年代 90年代初发光颜色红橙、黄绿红红、黄蓝、绿蓝材料 Ge 发光效率lm/w 0.1 1 1
发光效率 lm/w
GaAsP GaP AlGaAs GaAlInP GaInN
GaN
10 100 50 200
12.5 55
90年代
90年代
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可见光LED的发展史
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From:https://www.doczj.com/doc/312649091.html, LED的优点
发光效率高，节省能源
耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的1/2。
绿色环保
冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少
寿命长
寿命可达10万小时
固体光源、体积小、重量轻、方向性好
单个单元尺寸只有3~5mm
响应速度快，并可以耐各种恶劣条件低电压、小电流
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發光二極體產業結構
相關廠商
上游材中游製程下游封裝
Substrate LPE VPE MOVPE
單晶材--GaAs, GaP 晶片--GaAs, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP 製造設備--LPE, VPE, MOVPE 晶
日本: Nichia, Toyota Gosei（丰田合成）美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,元砷,廣鎵,華上…大陆: 三安,創,明,..
Diffusion Photolithography Metallization Dicing Die-Mount Wire-Bond Encap Final Test 品產
*發光二極體晶 *光二極體晶 *光電晶體晶
日本: Nichia, Toyota Gosei 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,光,元砷,廣鎵,華上,燦圓,…大陆: 三安,創,明,..
LED Lamp SMD LED Chip LED IRLED Back Light Light Source
Cluster Lamp Clock Display Dot Matrix 7-Segment Numeric Display Photocoupler 光寶億光興華今台佰鴻先益光鼎洲基琭旦华郎伊莱三永茂纶……
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能源问题已成为当今人类社会的热门话题，节约能源与环保问题日趋提上议程。节能应成为各国的城市照明建设需要考虑的重要问题之一，目前约有21%的电源用于照明，如果能在固体照明领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。 20世纪中叶出现在市场上的第一批LED产品，经过50多年的发展历程，在技术上已经取得了长足的进步。现在，LED的平均发光效率已达到了70lm/W（流明/瓦特），其光强已达到了烛光级，辐射光的颜色形成了包含白光的多元化色彩，并且寿命可达到数万小时。特别是在最近几年，LED 的产品质量提高了近10倍，而制造成本已下降到早期的十分之一。这种趋势还在进一步的发展之中，从而使LED成为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品。世界各个国家均积极参与研发工作。
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LED芯片的发光原理 From:https://www.doczj.com/doc/312649091.html,
光子与电子基本上具有三种交互方式：吸收，自发放射及激发放射。原子的两能级E1和E2，E1代表基态，E2代表第一激发态。在E1基态的原子吸收光子后跃迁至激发态E2，此能态的改变为吸收；激发态原子非常不稳定，经过很短的时间，不需任何外力下会跳回基态而释放出光子，此程序为自发放射；当光子照射在激发态原子上，该原子被激发跃回基态而放出与照射原子同相释放光子，此程序称为激发放射。 https://www.doczj.com/doc/312649091.html,/bbs
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光输出 N-AIyGa1-yAs P- GaAs
反型异质结同型异质结
P-AIxGa1-xAs
双异质结半导体发光二极管的结构示意图
LED在内部结构上有和半导体二极管相似的P区和N区，相交界面形成PN结。 LED的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。 LED是利用正向偏置PN结中电子与空穴的辐射复合发光的，是自发辐射发光，发射的是非相干光。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm 红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光
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LED PN结的电性质
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一般可光 LED
波長 450~780nm
高短波長紅外光
可光光波長 850~1550nm 長波長紅外光 850~950nm
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发光材料
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Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族元素的带隙与晶格常数的关系由图可知，这些材料的发光范围由红光到紫外线。照明领域使用的LED有两大类，一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金（AlGaInP 或 AlInGaP），可以做成红色、橙色和黄色的LED；另一类是氮化铟和氮化镓的合金（InGaN）,可以做成绿色、蓝色和白色的LED。发光材料大部分是Ⅲ-Ⅴ族。
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(a)直接带隙
(b)间接带隙
图（a）是直接带隙材料，包括GaN-InN-AlN、GaAs、InP、InAs及GaAs等图（b）是间接带隙材料，包括Si、Ge、AlAs及AlSb等目前发光二极管用的都是直接带隙的材料。
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CIE色度图
White Blue
B = Blue (InGaN) B = Blue (GaN) 470nm 466nm
0,9
W = White (GaN)
(x=0.32/y=0.31)
Yellow
Y = Yellow (InGaAlP) 587nm
W = White (InGaN) (x=0.32/y=0.31)
Colour triangle
Orange
O = Orange (InGaAlP) 605nm
Green
V= Verde-Green (InGaN) 505nm T= True Green (InGaN) P = Pure Green (GaP) G = Green (GaP:N) 525nm
0,8
s
green yellow red
0,7
Amber
A = Amber (InGaAlP) 615nm
0,5
0,4
560nm 570nm
0,3
white blue
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Red
S = Super-Red (InGaAlP) 630nm H = Hyper-Red (GaAlAs) 645nm
0,2
0,1
0 0,5 0,6 0,7 0,8
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芯片的结构与发光效率
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芯片的内部结构：采用量子阱活性层就可以增加发光效率用光子循环的方法增加内部量子效率电流扩散层：降低串联电阻，使加于LED上的电流扩散开电流局限层：使电流流不到在电接触区下的量子阱区，防止只在电极附近发光。透明衬低或反射镜：分布式布拉格反射镜（DBR ）芯片的外部结构：半圆形球面：一般的平面LED光因临界角被限制不易射出，所以采用半圆形球
面，使光不受临界角的限制射出。表面织状结构或粗糙面：增加光输出几何形状改变的结构：增加光输出衬低上有高反射镜：全方向高反射率反光镜LED（ODR: Omnidirectional Reflector）。在同一窗口层厚度时，ODR LED的光取出效率比DBR LED要高很多。
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MQW LED 结构图
当LED的发光区厚度d小于电子或者空穴之物质波长λ时，能带开始不再是连续，而形成量化的能级，可提高电子和空穴结合机会，提高量子效率。而且能级量化，能隙变大，发光波长往短波长移 https://www.doczj.com/doc/312649091.html,/bbs 动，发光时接近间接能隙而降低量子效率的困扰。 From:https://www.doczj.com/doc/312649091.html,
台湾工研院光电所用ITO层制作的微电流散布层厚的窗口层可以增加电流的均匀分布，但厚的窗口层不易制作而且价格昂贵。增加一层电流扩散层，可降低串联电阻，使加于LED 上的电流扩散开，提高发光效率。以前很多采用Ni /Au层的，现在主要使用ITO层。
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东芝公司用N局限层在P电接触区减少不发光区电流的分布以增加效率
一般电流局限层（CBL）都是间接做在P极下，CBL层很多用 SiO2做成，其目的是使电流流不到在电接触区下的量子阱区，防止只在电极附近发光。
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半圆形球面封装LED
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全方向高反射率反光镜LED （ODR: Omnidirectional Reflector）。同一窗口层厚度时，ODR LED的光取出效率比DBR LED要高很多。
多方向高反射率反射镜LED结构
在金属与半导体之间有SiO2加上许多小杆壮电接触，全部约占1%
多方向高反射率反射镜的结构 https://www.doczj.com/doc/312649091.html,/bbs
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截顶金字塔结构LED
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LED不同结构不同的光取出
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日亚公司1993年首创的蓝光 LED芯片结构
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HB LED Chip
P-contact Transparent Contact layer P-type GaN Layer N-contact Light Emitting Layers
GaN layer(N-cladding)
Buffer layer
Transparent Substrate
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Structure of HB LED
Window Layer Upper Cladding Layer Separate Confining Layer Multiple Quantum Layers Separate Confining Layer Lower Cladding Layer Distributed Bragg Reflector Buffer Layer Substrate
Substrate: GaAs, GaP, Sapphire, SiC, Metal Active Layer: QW or DH(AlGaInP or InGaN) DBR(AS only): AlAs/AlGaAs, AlGaInP/AlInP Cladding: AlGaInP, AlInP, AlGaN Window Layer: InxGaP, GaP, AlGaAs, ITO, TCL
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LED芯片的制造技术
LED制作流程分为两大部分：
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首先在衬低上制作各種相關基底的外延片，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延炉中完成的。准备好制作基底外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。接下来是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。
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From:https://www.doczj.com/doc/312649091.html, 制作LED外延片的主要方法：
气相外延（VPE）：材料在气相状况下沉积在单晶基片上，这种生长单晶薄膜的方法叫气相外延法，气相外延有开管和闭管两种方式。液相外延（LPE）：将用于外延的材料溶解在
溶液中，使达到饱和，然后将单晶基片浸泡在这溶液中，再使溶液达到过饱和，这就导致材料不断地在基片上析出结晶。控制结晶层的厚度得到新的单晶薄膜。分子束外延（MBE）：在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。等离子体增强化学气相淀积(PECVD) ：是利用高频在两平板电极之间激发气体放电形成等离子体，高化学活性的反应物可使成膜反应在较低温度下进行。金属有机化合物气相外延（MOCVD）：在气相外延生长（VPE）的基础上发展起来的一种新型汽相外延生长技术。它采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族元素的氢化物等作为晶体生长原料，以热分解反应方式在衬底上进行汽相外延，生长各种Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄膜层单晶材料。
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常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有 GaAs、AlN、ZnO等材料。 MOCVD 通过控制温度、压力、反应物浓度、Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。
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利用化学药水，通常是酸性药水，将发光区裸露的金属层蚀刻掉。利用熔合设备将蚀刻好的晶片放入该项设备，一段时间，使蒸镀金属层之间或蒸镀金属与磊晶片表层原子相互熔合，目的形成ohmic.contact. 依晶片的晶粒晶格大小图案，作第一次切割，目的是为方便往后的晶粒点测。
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如果晶片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定晶片，因此会产生夹痕。黄光作业中若显影不完全及光罩有破洞会在发光区产生残金残铝。化学作用中牵涉到浓度、时间、数量及反应速率等参数，因此对晶粒电极外观会有一致性的问题产生。例如有些电极脚会变细或消失。晶片在制程中，必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有晶粒电极刮伤情形发生。经过测试后还进行二刀切割，可能会造成背面崩裂。
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LED的测量参数：
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评价LED要涉及到很多技术指标（参数），其主要的技术指标包括：输入参数为电量的各项指标，即电学指标；主要有：正向电压VF，正向电流VI，反向漏电流IR，工作时的耗散功率PD。在高频电路中，还要考虑：结电容Cj和响应时间。输出参数为光学的指标，也含光的强弱和波长等各项指标；代表输入与输出之间电—光转换效率的指标；主要有：光功率效率η，流明效率。与LED器件性能有关的热学指标。主要有：热阻Rth,储存环境温度与工作温度。还有其他的如：防静电指标，失效率和寿命等。
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LED的封装与应用
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芯片制成以后，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正负电极外，同时还要对LED芯片和两个电极进行保护，这就要求封装工艺。对LED的封装要实现输入电信号、保护芯片正常工作、保证可见光的输出，其中既有电参数又有光参数的设计及技术要求。常
见的封装方式，包括引脚式封装、平面式封装。比较有名的有：表面贴片二极管（SMD）和食人鱼封装技术。对大功率LED芯片封装，要求更复杂。
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在各种新兴的应用领域不断涌现的带动下，近些年LED市场规模得到了快速提升。LED 的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏，发展到 LED背光源、景观照明、室内装饰灯、汽车照明等其他领域。由于LED具有寿命长、无污染、功耗低的特点，未来LED 还将逐步取代荧光灯、白炽灯，成为下一代绿色照明光源。 https://www.doczj.com/doc/312649091.html,/bbs
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未来展望
随着市场需求的增多， LED芯片产业升级步伐逐渐加快，LED芯片产品整体走向高端。另一方面，随着 LED封装产业的快速发展，也为LED芯片提供了广阔的市场需求。不断扩展的市场需求为LED 产业的发展提供了良好的环境。现在各国都对LED产业的发展也给予了大力支持。随着相关技术的发展， LED芯片的制造技术也越来越重要。有专家预称，在2010年以后LED将代替现有的照明灯泡， LED照明的取代又称做“爱迪生时代的结束”， LED 將是21世紀的明星产业。我们大家一起努力。
加油，Go Go!
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LED发光二极管原理（图文）半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P 区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发
LED显示屏系统原理及工程技术 导读：LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。 本主题首先介绍了LED显示屏的发展与应用概况。 在第一章中叙述了LED显示器件的基本工作原理及特性，详细介绍了LED点阵显示屏的具体电路和参数。第二章针对广泛应用的图文显示屏，在介绍它的基本组成之后，对各部分LED显示屏电路进行了深入的分析，并给出了完整实用的硬件电路图和全部汇编语言程序清单。 第三章的内容是图象显示屏，侧重分析了LED显示屏的灰度控制方法，并介绍了集成电路TLC5902的特性及应用。 第四章讨论了当时最先进的视频显示屏，就视频信号源的组织、视频LED显示屏的结构、主要集成电路芯片，以及配套的应用软件等，分别介绍了ZQL9701、DS90C031等芯片的技术特性和LEDSHOW、&ldquo；LED管理工具&rdquo等软件的使用方法。书后还附有我国LED的行业标准。本书可供从事各类LED显示屏工作的工程技术人员参考，也可作为大专院校有关专业的教书参考书或教材。 前言 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED 制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。 LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。应该指出的是，我国LED产业不但在应用技术上取得了巨大的成功，而且在创新能力上有出色的表现，例如北京中庆数据设备公司研制的ZQL9701超大规模芯片，就代表了当前LED显示屏控制电路的国际水平。 与国内LED显示屏产业的迅速发展相比，目前关于LED显示屏的图书资料显得太少，不便于设计制造人员及运用维护人员的工作，由此萌发了编写一本LED显示屏技术用书的想法，适逢电子科技大学出版社之邀，斗胆动笔草就本书。书中分别就LED显示屏的概况、LED显示器件、图文显示屏、图象显示屏、视频显示屏等有关技术问题进行了叙述，以期使从事各类LED显示屏工作的读者能够从本书中得到一些有用的材料。 由于LED显示屏是多种综合应用的产品，涉及光电子学、半导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个方路及方法还要花较大篇幅进行介绍，容易冲淡主题。反过来采用集成电路和单片机等简单普及的刻与LED显述硬件又有软件。上述各个领域都自成体系，在本书中无法一一尽述，只能以显示意直接有关的部分，而不追求各相关技术自身的完成性；二、尽量采用简单普及的方案进不方案，可以追求相关技术的先进性。例如在一些控制电路中，能用常规集成电路实现，而又面，既示避免各个相关技术“从头说起”的麻烦，从而达到精简内容突出重点的目的。而不行描屏有进行讨论。书中在处理相关领域技术方面采取了以下两条对策：一、侧重叙述屏为主线，介绍相关技术在LED显示屏中的应用，不采器件的方案。 LED电子显示屏控制原理
LED发光二极管工作原理、特性及应用 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1．极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2．电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。 2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。
LED发光二极管的发光机理详细图解 LED发光二极管的发光机理 1.p-n结电子注入发光 图1、图2表示p-n结未知电压是构成一定的势垒；当加正向偏置时势垒下降，p区和n区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多，出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。这就是P-N结发光的原 理。 P-N结发光的原理图1 P-N结发光的原理图2 发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙Eg。如Eg的单位为电子伏（eV）, Eg=hv/q=h c/(λq) λ=hc/(qEg)=1240/Eg (nm) 半导体可分为置接带隙和间接带隙两种，发光二极管大都采用直接带隙材料，这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光，有很高的效率。反之，采用间接带隙材料，其效率就低一些。下表列举 了常用半导体材料及其发射的光波波长等参数。
3.异质结注入发光 为了提高载流子注入效率，可以采用异质结。图4表示未加偏置时的异质结能级图，对电子和空穴具有不同高度的势垒。图5表示加正向偏置后，这两个势垒均减小。但空垒的势垒小得多，而且空穴不断从P区向n区扩散，得到高的注入效率。N区的电子注入P区的速率却较小。这样n区的电子就越迁到价带与注入的空穴复合，而发射出由n型半导体能隙所决定的辐射。由于p取得能隙大，光辐射无法把点自己发到导带，因此不发生光的吸收，从而可直接透射处发光二极管外，减少了光能的损失。 图4 图5 发光二极管与半导体二极管同样加正向电压，但效果不同。发光二极管把注入的载流子转变成光子，辐射出光。一般半导体二极管注入的载流子构成正向电流。应严格加以区别。
LED 工作原理 液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质，其显示的原理是通过给液晶施加不同的电压来改变其分子排列状态，从而控制光线的通过量，以便显示多种多样的图像。而液晶自身并不会发光，它只是控制光线的通过与否，因此所有的液晶面板都需要背光源来提供照明。 图1 液晶驱动原理 实际上，LED 也就是我们通常所说的发光二极管，通俗些讲，它就是在PN 结中注入载流子，少数载流子与多数载流子复合后，释放出能量，表现以光的形式，从而实现电致发光。它也并非什么新物件了，这些年已经被应用在户外广告、标牌、指示灯、汽车前大灯、电器按键背光源等多个方面。 发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED 发光的原理。 Field OFF Field ON 0//>-=?⊥εεε
图4 LED背光光源的工作原理 更重要的是，LED可发出从紫外到红外不同波段、不同颜色的光线，早些时候，LED 还只能发出单波长光线，还不能像白炽灯那样工作，甚至只有蓝、红、绿等颜色。 如果只是这样的话，LED无法被做成白光源，也就没法被应用为液晶电视的背光源了。而这些年，众多液晶电视厂商也都在这方面动脑筋，着重开发白光LED背光源。在这一方面，日本企业一直都是先行者，它们在1996年就提出了些解决方案，以日亚化学为例，它们提出的方案就是在蓝色LED上涂抹黄色荧光粉实现白光输出。 LED背光的优势点： 首先，采用了LED 背光，液晶面板的体积将进一步缩小；其次，LED是由众多栅格状的LED 组成，每个“格子”中都拥有一个LED，这样LED 背光就能实现真正的光源平面化；我们知道，平面化光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计，应用了L ED的液晶电视就可以被做得更薄，还能实现真正的光源平面化另外，在发光寿命方面，LE D背光源技术更是可以超出传统的CCFL许多。咱们知道，普通的CCFL 背光源的使用寿命一般在3万小时左右，即便是顶级的CCFL背光源的寿命也不过6万小时。而LED 背光则完全没有这样的问题，现阶段白色LED 背光的寿命已经高达10万小时，很多专家还提出这一成绩甚至有进一步发展的空间，消费者即使是24小时不间断使用，LED液晶电视也
白光LED发光原理及其参数介绍 时间：2009-08-09 12:15:31 来源：未知作者：admin 阅读：432 次 白光是一种组合光，白光LED可以分为单芯片、双芯片和三芯片等，以下将按这一分类来介绍，还将介绍照明用白光LED的一些技术指标。 白光LED发光原理 单芯片 InGaN(蓝)/YAG荧光粉 这是一种目前较为成熟的产品，其中1W的和5W的Lumileds已有批量产品。这些产品采用芯片倒装结构，提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进，可将色均匀性提高10倍。实验证明，电流和温度的增加使LED光谱有些蓝移和红移，但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好，Φ5的白光LED在工作1.2万小时后，光输出下降80%，而这种功率LED在工作1.2万小时后，仅下降10%，估计工作5万小时后下降30%。这种称为Luxeon的功率LED最高效率达到44.3lm/w，最高光通量为187lm，产业化产品可达120lm，Ra为75-80。 InGaN(蓝)/红荧光粉+绿荧光粉 Lumileds公司采用460nmLED配以SrGa2S4：Eu2+(绿色)和SrS：Eu2+(红色)荧光粉，色温可达到3000K-6000K的较好结果，Ra达到82-87，较前述产品有所提高。 InGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉 Cree、日亚、丰田等公司均在大力研制紫外LED。Cree公司已生产出50mW、 385nm—405nm的紫外LED；丰田已生产此类白光LED，其Ra大于等于90，但发光效率还不够理想；日亚于最近制得365nm、1mm2、4.6V、500mA的高功率紫外LED，如制成白色LED，会有较好效果。https://www.doczj.com/doc/312649091.html, ZnSe和OLED白光器件也有进展，但离产业化生产尚远。 双芯片 可由蓝LED+黄LED、蓝LED+黄绿LED以及蓝绿LED+黄LED制成，此种器件成本比较便宜，但由于是两种颜色LED形成的白光，显色性较差，只能在显色性要求不高的场合使用。
有机发光二极管原理及应用 梁亮5030209282 有机发光二极管诞生于1979年，由柯达公司罗切斯特实验室的邓青云博士及同事范斯莱克所发明。 ⑴有机发光二极管(OLED)的原理 有机发光二极管(OLED)同普通发光二极管（LED）发光的原理相同，即利用半导体经过渗透杂质处理后形成PN结，电子由P型材料引入，当电子与半导体内的空穴相遇时，有可能掉到较低的能带上，从而放出能量与能隙相同的光子，从而形成发光二极管。发光二极管的光线波长取决于发光材料的能隙大小。若要使二极管产生可见光，就要使材料的低能带与高能导带之间的能隙大小必须落在狭窄的范围内，大约2至3电子伏特。能量为一电子伏特的光子波长为1240纳米，处于红外区，当能量达到3电子伏特时，发出光子的波长约为400纳米左右，呈紫色。 有机发光二极管与传统发光二极管的区别在于，有机发光二极管所采用的半导体材料为有机分子材料。按照分子大小区分，可分为两大类：小分子的称之为低分子OLED,大分子的称为高分子OLEDP型有机分子。当P型有机分子和N型有机分子接触时，在两者的接触面就会产生类似发光二极管一样的发光现象。此外，采用氧化铟锡作为P型接触材料。由于氧化铟锡为透明导电材料，易于载流子注入，而且具有光线传播还需要有透明性能，非常适合做P型接触材料。 OLED的典型结构非常简单：玻璃基板（或塑料基衬）上首先有一层透明的氧化铟锡阳极，上面覆盖着增加稳定性的钝化层，再向上就是P型和N型有机半导体材料，最顶层是镁银合金阴极。这些涂层都是热蒸镀到玻璃基板上的，厚度非常薄，只有100到150纳米，小于一根头发丝的1%，而传统LED的厚度至少需要数微米。在电极两端加上2V到10V的电压，PN结就可以发出相当明亮的光。这种基本结构多年来一直没有太大的变化，人们称之为柯达型。由于组成材料的分子量很小，甚至小于最小的蛋白质分子，所以柯达型的OLED 又被称为低分子OLED。 第二种有机发光材料为高分子聚合物，也称为高分子发光二极管(PLED)，由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现。聚合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子有机发光二极管。 旋转涂布工艺采用的原理是：在旋转的圆盘上（通常为每分钟1200转至1500转）滴上数滴液体，液体会因为旋转形成的离心力而呈薄膜状分布。在这种状态下，液体凝固后便可在膜体上形成晶体管等组件。膜体的厚度可通过调节液体粘度及旋转时间来调整。旋涂之后，要采取烘干的步骤来除去溶剂。 最初PLED是由一种称之为次苯基二价乙烯基（PPV）单层活性聚合物，夹于氧化铟锡和钙之间形成。铟锡氧化物为载流子注入层，而钙为电子传递层。现在的PLED又增添了一层聚合物载流子注入层。PPV聚合物产生黄光，具有效率高寿命长的特点，这是由于在低压工作环境下，聚合物层具有良好的导电性能。这种PLED应用于计算机显示器，其寿命可长达
LED灯及其发光原理 一、LED的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好 LED结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料
的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、LED光源的特点 1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制 备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红
LED显示屏系统原理 LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世 纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水 平上都得到了迅速的提高。 LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统 的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。目前已经达到的超高亮 度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、 证券、电信、广告、宣传等各个方面。我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同 步，至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。应该指出的是，我国LED产业不但在 应用技术上取得了巨大的成功，而且在创新能力上有出色的表现，例如北京中庆数据设备公 司研制的ZQL9701超大规模芯片，就代表了当前LED显示屏控制电路的国际水平。 与国内LED显示屏产业的迅速发展相比，目前关于LED显示屏的图书资料显得太少， 不便于设计制造人员及运用维护人员的工作，由此萌发了编写一本LED显示屏技术用书的 想法，适逢电子科技大学出版社之邀，斗胆动笔草就本书。书中分别就LED显示屏的概况、 LED显示器件、图文显示屏、图象显示屏、视频显示屏等有关技术问题进行了叙述，以期使从事各类LED显示屏工作的读者能够从本书中得到一些有用的材料。 由于LED显示屏是多种综合应用的产品，涉及光电子学、半导体器件、数字电子电路、 大规模集成电路、单片机及微机等各个方路及方法还要花较大篇幅进行介绍，容易冲淡主题。 反过来采用集成电路和单片机等简单普及的刻与LED显述硬件又有软件。上述各个领域都 自成体系，在本书中无法尽述，只能以显示意直接有关的部分，而不追求各相关技术自 身的完成性；二、尽量采用简单普及的方案进不方案，可以追求相关技术的先进性。例如在一些控制电路中，能用常规集成电路实现，而又面，既示避免各个相关技术从头说起”的麻 烦，从而达到精简内容突出重点的目的。而不行描屏有进行讨论。书中在处理相关领域技术 方面采取了以下两条对策：一、侧重叙述屏为主线，介绍相关技术在LED显示屏中的应用， 不采器件的方案。 LED电子显示屏控制原理 （一）系统组成本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。 ?计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。 ?显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面， 并通过增加功放、音箱输出声音。 ?视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支
LED发光二极管工作原理及检测方法 发光二极管LED（Light-EmittingDiode）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。 1、发光二极管LED主要特点 （1）在低电压（1.5～2.5V）、小电流(5～30mA)的条件下工作，即可获得足够高的亮度。 （2）发光响应速度快（10-7～10-9 s），高频特性好，能显示脉冲信息。 （3）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。 （4）体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。其中圆形管子的外径有φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ8、φ10、φ12、φ15、φ20（mm）等规格，直径1mm的属于超微型LED。 （5）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。由于LED的PN结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用，寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。 （6）使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED 平极型电视屏等。 （7）容易与数字集成电路匹配。 2．发光二极管的原理 发光二极管内部是具有发光特性的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特性如图1 所示。LED正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。因此，LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L（单位cd/m2，读作坎德拉每平方米）与正向电流IF近似成正双，有公式L =K IFm 式中，K为比例系数，在小电流范围内（IF=1～10mA），m=1.3～1.5。当IF>10mA时，m=1，式（L =K IF 即亮度与正向电流成正比。以磷砷化镓黄色LED为例，相对发光强度与正向电流的关系如图2所示。LED的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的IF值（一般选10mA左右，对于高亮度LED可选1～2mA），既保证亮度适中，也不会损坏LED。若电流过大，会烧毁LED的PN结。此外，LED的使用寿命将缩短。 由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿命长，所以常用作收录机、收音
4位7段LED显示 在单片机应用系统中经常使用发光二极管来显示，发光二极管简称LED （Light Emitting Diode）。LED的价格便宜，而且配置比较灵活，与单片机的接口也比较方便。 在这里将讲解如何使用中颖的单片机进行4位7段LED显示的方法。 1.7段LED的结构原理 单片机中经常使用7段LED来显示数字，也就是用7个LED构成字型“8”，并另外用一个圆点LED来显示小数点，也就是说一共有8个LED，构成了“8.”的字型。 7段LED分共阴级和共阳极两种，共阴级7段LED的原理图和管脚配置图如图1-1所示，共阳级7段LED的原理图和管脚配置图如图1-2所示。实际中，各个型号的7段LED的管脚配置可能不会是一样的，在实际应用中要先测试一下各个管脚的配置，再进行电路原理图的设计。 图1-1共阴极7段LED
图1-2 共阳极7段LED 共阳极7段LED是指发光二极管的阳极连接在一起为公共端的7段LED，而共阴极7段LED是指发光二极管的阴极连接在一起为公共端的7段LED。一个7段LED由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（a～g），另一个发光二极管为小数点（dp）。 当在某一段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段LED即被点亮；不加电压则为暗。以共阳极7段LED为例，若是要显示“5.”，则需要在VCC上加上电压，向dp、g、f、e…、a送出00010010的信号，就能显示出来。 为了保护各段LED不因电流过大而损坏，需在各个段上外加限流电阻保护。 共阳极7段LED显示0～F的编码表如表1-1所示（以dp为最高位，a为最 低位）。 表1-1 显示字符 dp g f e d c b a 段选码 0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H
led灯的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 led灯结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、什么是led光源,led光源的特点 1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%
5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色 8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。 三、单色光led灯的种类及其发展历史 最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。 70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。 90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。 四、单色光LED的应用 最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。 汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。 另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。 五、白光led灯的开发 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的led灯开发成功。这种led灯是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含
半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1．极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2．电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。 2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。
led照明灯原理图 led照明灯原理图 LED是发光二极体( Light Emitting Diode, LED)的简称，也被称作发光二极管，这种半导体组件发展以来一般是作为指示灯、显示板，但目前随着技术增加，已经能作为光源使用，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时～10 万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，并能省电，同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优点。 随着白光LED的出现与更多科技的导入，目前在家用电器及笔记本电脑的指示灯、汽车防雾灯、室内照明等照明设备日渐蓬勃，LED的应用越来越普遍。 LED的发明 在1955年时，美国无线电公司（Radio Corporation of America）的Rubin Braunstein发现了砷化鎵（GaAs）与及其他半导体合金的红外线放射作用，而1962年美国通用电气公司（GE）的Nick Holonyak Jr则开发出可见光的LEDLED。不过，LED
真正的起飞是在1990年代白光LED出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。 LED的发光原理 LED是一种可以将电能转化为光能的电子零件，并同时具备二极体的特性，也就是具备一正极一负极，LED最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时，LED会稳定地发光，但如果接上交流电，LED会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。LED的发光原理是外加电压，让电子与电洞在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线，而业界也有紫色～紫外线的LED，近年来LED最吸引人的发展是在蓝光LED上涂上萤光粉，将蓝光转化成白光的白光LED产品。LED之所以被称为世纪新光源，原因在于LED具备点光源与固态光源的特性，能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。 LED的顏色：
原子电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跃迁时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。LED原理类似。不过不同的是，LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上，是一系列的能级），然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。 新型LED显示屏件有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点，本文从LED显示屏件的发展简史开始，探讨了表面贴装LED、汽车应用中的LED和照明用LED 的发展趋势，对于从事显示器件开发的中国工程师有一定参考价值。全球第一款商用化发光二极管(LED)是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。
1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。到1971，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色裸片LED。1972年开始有少量LED显示屏用于钟表和计算器。全球首款采用LED的手表最初还是在昂贵的珠宝商店出售的，其售价竟然高达2,100美元。几乎与此同时，惠普与德州仪器也推出了带7段红色LED 显示屏的计算器。到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED是那个时代主打的数字与文字显示技术。然而在许多商用设备中，LED显示屏也逐渐受到了来自其它显示技术的激烈竞争，如液晶、等离子体和真空荧光管显示器。
这种竞争性激励LED制造商进一步拓展他们的产品类型，并积极寻求LED具有明显竞争优势的应用领域。此后LED开始应用于文字点阵显示器、背景图案用的灯栅和条线图阵列。数字显示屏的尺寸和复杂度在不断增长，从2位数字到3位甚至4位，从7段数字到能够显示复杂的文字与图案组合的14或16段阵列。到1980年制造商开始提供智能化的点阵LED显示屏。这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位安装停止灯(CHMSL)设备。高亮蓝色LED的发明使真彩广告显示屏的实现成为可能，这样的显示屏能够显示真彩、全运动的视频图像。
LED发光原理、光源特点及应用 一、LED的结构及发光 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 二、LED光源的特点 1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6.对环境污染：无有害金属汞 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色
发光二极管工作原理 发光二极管通常称为LED，它们虽然名不见经传，却是电子世界中真正的英雄。它们能完成数十种不同的工作，并且在各种设备中都能找到它们的身影。它们用途广泛，例如它们可以组成电子钟表表盘上的数字，从遥控器传输信息，为手表表盘照明并在设备开启时向您发出提示。如果将它们集结在一起，可以组成超大电视屏幕上的图像，或是用于点亮交通信号灯。 本质上，LED只是一种易于装配到电子电路中的微型灯泡。但它们并不像普通的白炽灯，它们并不含有可烧尽的灯丝，也不会变得特别烫。它们能够发光，仅仅是半导体材料内的电子运动的结果，并且它们的寿命同普通的晶体管一样长。 在本文中，我们会分析这些无所不在的闪光元件背后的简单原理，与此同时也会阐明一些饶有趣味的电学及光学原理。 二极管是最简单的一种半导体设备。广义的半导体是指那些具有可变导电能力的材料。大多数半导体是由不良导体掺入杂质
（另一种材料的原子）而形成的，而掺入杂质的过程称为掺杂。 就LED而言，典型的导体材料为砷化铝镓(AlGaAs)。在纯净的砷化铝镓中，每个原子与相邻的原子联结完好，没有多余的自由电子（带负电荷的粒子）来传导电流。而材料经掺杂后，掺入的原子打破了原有平衡，材料内或是产生了自由电子，或是产生了可供电子移动的空穴。无论是自由电子数目的增多还是空穴数目的增多，都会增强材料的导电性。 具有多余电子的半导体称为N型材料，因其含有多余的带负电荷的粒子。在N型材料中，自由电子能够从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。 拥有多余空穴的半导体称为P型材料，因为它在导电效果上相当于含有带正电荷的粒子。电子可以在空穴间转移，从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。因此，空穴本身就像是从带正电荷的区域移往带负电荷的区域。 一个二极管由一段P型材料同一段N型材料相连而成，且两端连有电极。这种结构只能沿一个方向传导电流。当二极管两端不加电压时，N型材料中的电子会沿着层间的PN结(junction)运动，去填充P型材料中的空穴，并形成一个耗尽区。在耗尽区内，半导体材料回到它原来的绝缘态——即所有的空穴都被填