文档介绍：独创性声明
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1 绪 论
课题来源
本课题来源于国家自然科学基金重点项目:大功率 LED 制造中的关键科学问题, 项目编号:50835005,~,190 万;国家 863 重点项目:100 lm/W 功率型白光 LED 研究和产业化,项目编号:2008AA03A184,~,1190 万。
LED 简介
发光二极管 Light Emitting Diode (LED) 是基于半导体 pn 结发光的一种光源,是一类直接将电能转化为光能的发光器件,相比传统的照明光源,它具有以下几方面的优点[1-5]:
(1) 冷光源,不产生红外热辐射。LED 发出的光几乎都为可见光,不存在红外热辐射,照射到物体上不会产生热量,因此也被称为冷光源。
(2) 光效高,耗电量小。卤钨灯的光效为 15~25 lm/W,节能荧光灯的光效为 70~80 lm/W,但商用 LED 光效已经达到 120 lm/W,实验室已经达到了 200 lm/W,远远高于传统光源,节电可达到 40%~90%。
(3) 使用寿命长。卤钨灯的寿命一般为 1500~3000 小时,而 LED 光通量衰减到 70% 的实际寿命可达 2~3 万小时,是卤钨灯的 10 倍以上。使用寿命长的优点使得采用 LED 作为照明光源后可以大大节省维护费用。
(4) 体积小,重量轻,稳定可靠。没有灯丝、玻壳等容易损坏的部件,同时采用硅胶、环氧树脂等灌封材料,使其可承受高强度机械冲击和震动,不易破碎,非正常报废率低。在其寿命期内,LED 一般都能稳定工作,维护工作量小。
(5) 电气安全性高。LED 一般工作在低电压环境下,属于弱电级工作器件,有较好的电气安全性能。
(6) 绿色环保。不含汞等可能危害环境的物质,废弃物可回收,无污染。LED 极具
环保性,是典型的绿色照明光源。
(7) 发光响应时间短,反应速度快。LED 可以在需要高频开关的环境中工作。
(8) LED 的设计灵活性高。依照不同的环境及用户不同的需求可以调节其发出不同颜色的光。同时 LED 因为其体积小,可以精确控制的发光类型与发光角度,这种设计可以使 LED 作为光源的灯具发出相对柔和,减少或者消除眩光。现在人们也将使用 LED 光源的灯具与控制模块相结合,通过控制系统调节整体的发光强度与发光方式使其更突出了艺术与美感。
由于 LED 具有环保、节能、安全、寿命长、体积小等多项优点,被业界认为是未来照明技术的主要发展方向,具有巨大的市场潜力。未来大功率白光 LED 将成为 LED 照明应用的主体,并将在背光源、汽车前大灯、景观装饰、特种照明、通用照明等领域全面取代传统照明光源[6-10]。
图 1-1 LED 发光原理示意图
下面我们对 LED 发光工作原理作一简要介绍。LED 芯片是 LED 发光的核心部件, 其内部发光材料一般由Ⅲ-Ⅴ族化合物,比如 GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)GaAsP
(磷砷化镓)、GaN(氮化镓)等半导体材料制成的。LED 芯片发光的核心是 pn 结, 因此具有一般 pn 结的电压电流特性,即正向导通,反向截止和击穿[11]。当给 LED 加上正向电压 VF(p 极加正向电压,n 极加负向电压)且正向电压 VF>~(VF 的大小由半导体材料禁带宽度决定)时,则在有源层中发生电子与空穴的相互耦合。如图 1-1 所示,从 LED 的 p 区向 n 区的流动的空穴和由 n 区向 p 区流动的电子,在 pn 结中间几个微米区域的有源层相互耦合发光,其中 Eg 为禁带宽度,它的大小与材料有关。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同,禁带宽度不同,因此电子和空
穴复合时释放出的光子的能量大小就不同,导致发