LED制作材料与原理

LED发展

50年前半导体材料可产生光线被发掘,第一个商用二极管产生于1960年。 LED发光二极管(light emitting diode )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,然后四周以环氧树脂密封,保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性良好。

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的芯片,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。


单色光LED的种类 

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(λ p =650nm),在驱动电流为20毫安时,发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期,在和N,使LED产生绿光(λ p =555nm),黄光(λ p的引入元素 =590nm)和橙光(λ p =610nm),光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初,出现了GaAlAs 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(λ p =615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λ p= 530nm)的光效可以达到50流明/瓦。

 

白光LED 

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开发成功。这种LED是将GaN 芯片和钇铝石榴石(YAG)封装做成。GaN芯片发蓝光(λ p =465nmWd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值为550nm。蓝光LED 基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nmLED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。