发光二极管
LED发光二极管
光学性能测试
利用积分球、光谱仪等设备对LED进 行光通量、色温、显色指数等光学性 能测试。
可靠性测试
对LED进行高温、低温、湿热等环境 适应性测试，以及开关寿命、抗静电 能力等可靠性测试。
筛选与分档
根据测试结果对LED进行筛选，将性 能相近的LED分在同一档次，以便后 续应用。
04
LED发光二极管应用电路 设计
基本原理
LED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PN 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。
发展历程及现状
发展历程
自20世纪60年代初期诞生以来，LED经历了从指示灯、数码 管到显示屏、照明等应用领域的发展过程。随着技术的不断 进步，LED的性能不断提高，应用领域也不断拓宽。
04
推动智能化发展，实现 LED照明系统的远程控 制和智能化管理。
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市场前景
随着全球能源短缺和环保意识的提高，LED作为一种节能环保的照明产品，其市场前景非常广阔。未 来，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，LED的市场份额将继续扩大，同时LED也将向着更高亮 度、更低能耗、更长寿命的方向发展。
02
LED发光二极管结构与特 性
基本结构组成
01
02
芯片
LED发光的核心部分，由半导 体材料制成。
LED发光二极管
目录
• LED发光二极管概述 • LED发光二极管结构与特性 • LED发光二极管制造技术 • LED发光二极管应用电路设计 • LED发光二极管性能评价与选型指南 • LED发光二极管市场前景与行业趋势分析
发光二极管技术参数
发光二极管技术参数一、基本原理发光二极管的基本结构是由N型半导体和P型半导体构成的PN结。
当加在其中的正向电压大于所谓的阈值电压（typical value为1.8~2.3V），电子就重新排列在PN结的另一侧，与空穴结合并产生电荷复合，从而释放出可见光的能量。
二、发光二极管的主要技术参数1. 亮度：发光二极管的亮度指LED在单位面积上所放射出的发光功率，一般以荧光灯发光效率（lm/W）来衡量。
2.发光波长：LED发光的色彩可以通过其辐射的光的波长来描述。
常见的有红、绿、蓝等色彩。
3.视角：视角是指LED的光线在水平方向上分布的范围。
不同的LED具有不同的视角，一般常见的有60度、90度、120度等。
4.电压：发光二极管的工作电压是指LED在正向导通时所需的电压，常见的额定电压有2V、2.2V、2.5V等。
5.电流：发光二极管的工作电流是指LED正向导通时所需的电流，常见的额定电流有5mA、10mA、20mA等。
6.响应时间：LED的响应时间是指电流通过LED后发光所需要的时间，一般为纳秒级别。
7.反射系数：LED的反射系数是指LED背面反射的光线所占的比例，反射系数越高，LED的反光效果就越好。
8.工作温度：发光二极管的工作温度是影响LED寿命和性能的重要因素，一般工作温度范围在-40℃~+85℃之间。
三、发光二极管的优势1.能效高：LED以电能直接转换为光能，能效一般在80%以上，是传统照明产品的数倍。
3.开关速度快：LED的响应时间只有纳秒级别，能实现瞬间开启和关闭，适用于高频照明和通信设备。
4.色彩鲜艳：LED发光色彩丰富，颜色纯度高，光线柔和，不会产生眩光。
四、发光二极管的应用领域1.照明：LED可以应用于室内照明、路灯照明、景观照明等领域，其能效高、寿命长、色彩鲜艳的特点，使得LED照明产品成为未来的主流照明产品。
2.显示：LED可以应用于数字显示器、数码管、液晶背光、室内大屏幕显示等领域，其响应速度快、色彩鲜艳的特点，使得LED显示产品在各种显示场合中得到广泛应用。
发光二极管的作用及分类详细资料
发光二极管的作用及分类详细资料发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种能够将电能转化为可见光的固态电子器件。
与传统光源相比，LED具有体积小、寿命长、功耗低、反应速度快等优势，因此被广泛应用于显示器、照明、信号指示等领域。
下面将详细介绍发光二极管的作用和分类。
一、发光二极管的作用：1.显示器：LED可用于制作各种类型的显示器，如数字显示器、阵列显示器、七段显示器等。
其较高的亮度和鲜艳的颜色使其成为替代传统显示器的理想选择。
2.照明：由于LED具有节能、长寿命和环保等特点，因此被广泛应用于室内照明、户外照明和汽车照明等领域。
相比传统白炽灯和荧光灯，LED照明具有更高的亮度、更低的功耗和更长的使用寿命。
3.信号指示：LED的明亮与可靠的发光特性使其成为信号指示器的理想选择。
LED指示灯的颜色可以根据需要选择，例如红色表示停止，绿色表示开始，黄色表示警告等。
4.交通信号：LED也广泛应用于交通信号灯中。
其亮度高、反应速度快，可以在阳光强烈的情况下清晰可见，有助于提高交通安全性。
5.文化娱乐：在演唱会、舞台表演和夜总会等场所，LED灯光效果华丽夺目，可以实现各种颜色和动态效果的变化，为观众带来沉浸式的视觉享受。
二、发光二极管的分类：根据材料的不同，发光二极管可以分为有机发光二极管（OLED）和无机发光二极管。
1.有机发光二极管（OLED）：有机发光二极管是采用有机材料制成的发光二极管。
根据发光层的结构，OLED又可分为分子有机发光二极管（MOLED）和聚合物有机发光二极管（POLED）。
OLED具有发光薄、发光效率高、颜色纯净、反应速度快等特点。
它广泛应用于电视显示屏、手机屏幕和手表等领域。
2.无机发光二极管：无机发光二极管是采用无机材料制成的发光二极管。
根据不同材料的发光原理，无机发光二极管可分为以下几种类型。
（1）GaN基蓝光LED：基于氮化镓（GaN）材料的蓝色LED，可以通过改变荧光材料的配方产生白色光。
发光二极管基础知识
发光二极管基础知识发光二极管基础知识一、LED的基本原理LED，即Light Emitting Diode，是一种特殊的二极管。
它的最大特点是在正向电压的作用下可以发光。
当电流通过LED时，电子与空穴在PN结上相遇并重新组合，形成电能转化为光能的过程，从而释放出可见光。
二、LED的构造和工作原理LED主要由PN结、电极和封装材料组成。
PN结是LED的核心部分，它由P型半导体和N型半导体组成。
当PN结加上正向电压时，电子会从N区经PN结注入P区，同时以光的形式释放出能量。
这个过程也被称为“光子化”。
三、LED的特性1.低电压：LED使用低电压即可正常工作，节省能源。
2.低电流：LED在正常亮度下工作所需的电流较低。
3.高亮度：LED可以发出比传统光源更高的亮度。
4.长寿命：LED的使用寿命长达数万小时，比传统光源更长。
5.体积小：LED的体积小，可以方便地集成到各种设备中。
6.重量轻：LED的重量轻，便于携带和安装。
四、LED的应用LED广泛应用于指示、显示、背光等领域。
例如，在电子设备中，LED可以作为电源指示器，用于指示设备的电源状态；在显示器中，LED可以作为背光源，为液晶屏幕提供照明；在背光中，LED可以作为光源，为其他物体提供照明。
五、LED的驱动由于LED需要合适的电流和电压才能正常工作，因此需要使用专门的驱动电路来控制电流和电压。
驱动电路的作用是确保LED在合适的电流和电压下工作，以充分发挥其性能并延长其使用寿命。
六、LED的选型根据实际需求，选择不同颜色、封装、正向电压、正向电流、反向电压、功耗、光强、工作温度和使用寿命的LED。
例如，对于室内照明，可以选择暖白色或白色LED；对于户外照明，可以选择耐高温、耐湿的LED；对于背光应用，可以选择高亮度、低功耗的LED。
发光二极管简介
发光二极管的基本结构
N型限制层 P层 有源层 P型限制层 微透镜
L
球透镜 环氧树脂 有源层 N层 发光区 (a)正面发光型
波导层
(b)侧面发光型
发光二极管的工作特性
光谱特性 光束空间分布 输出光功率特性 频率特性
LED的光谱特性
相 对 光 强
Δλ=70nm
1300
波长/nm
发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线 宽，短波长 LED 谱线宽度为 30 ～ 50nm。长波长 LED 的谱线宽度为 6 ～ 120nm。
L
2 2ne L
分布式反馈激光器的一般性能
工作波长λ/μm 谱线宽度Δλ/nm 阈值电流Ith/mA 连续波单纵模 输出功率P/mW 直接调制单纵模 边模抑制比/dB 频谱漂移/（nm/℃） 外量子效率ηd/% 工作温度 /℃ 20 20～40 1.3 1～2 20～30 10-4～10-3 20～40 15～30 1.55 1～3 30～60
发光二极管简介
内容
一、发光二极管的工作原理 二、发光二极管的基本结构 三、发光二极管的工作特性
发光二极管的工作原理
LED发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结 构，把有源层夹在P型和N型限制层间，但没有光学谐振腔，故 无阈值。LED分为正面发光型和侧面发光型，侧面发光型LED的 驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦 合效率高，故入纤光功率比正面发光型LED高。
光栅的周期Λ下式决定： mB ne 为材料有效折射率， 是布拉格波长，m为衍射系数。 B 在普通 ne DBF激光器中，有两个阈值最低、增益相同的纵摸，其波长为：
发光二极管技术介绍
LED在医疗领域也有广泛应用， 如LED手术灯、LED治疗仪等。
02 发光二极管的种类
可见光发光二极管
总结词
可见光发光二极管是应用最广泛的发光二极管，能够发出人类肉眼可见的光线。
详细描述
可见光发光二极管通常由镓、砷、磷等元素组成的化合物，通过电子与空穴的 结合产生光子，发出不同颜色的光线。常见的颜色有红、绿、蓝、黄等。
在需要快速变化的光源或显示器中，LED的高响应速度可以带来更好的视觉效果来自和动态性能。耐冲击和震动
LED具有较强的耐冲击和震动能力， 能够在恶劣的环境条件下稳定工作。
这使得LED在需要承受振动或冲击的 场合，如车辆、船舶、飞机等，成为 理想的光源选择。
低电压工作
LED可以在低电压下工作，通常只需要几伏特的直流电压即可点亮。
LED由半导体材料制成，其核心 是PN结，当正向电流通过时，电 子与空穴结合，释放出能量，并 以光子的形式发出可见光。
发光二极管工作原理
LED的工作原理基于PN结的载流子复合效应。当正向偏置电 压加在LED上时，电流从阳极流向阴极，电子与空穴在PN结 附近相遇并复合，释放出能量，以光子的形式发出可见光。
LED的发光效率随着技术的不断进步 而提高，目前已经广泛应用于各种照 明和显示领域。
长寿命
LED具有较长的使用寿命，通常可达数万小时，大大超过 了传统光源的寿命。
由于LED的寿命长，可以减少更换灯泡和维护的成本，同 时也降低了对环境的影响。
快速响应速度
LED的响应速度非常快，可以在微秒级别内达到最大亮度，使得LED成为高速或 瞬态变化的理想选择。
LED的光输出量与电流成正比，通过调节电流可以控制LED的 光输出。
发光二极管的应用领域
发光二极管---讲解资料
2.二极管的分类
发光二极管分类
激光二极管具有高速切换、小发热量和易于驱动控制等优点，因此在激光雷达、光纤通信和医疗设备等领域得到了广泛应用。激光二极管利用P-N结进行双向多层能带的结构设计，可以被用来发射强光。
蓝光发光二极管属于半导体光源，是制备白光LED，应用于照明和背光显示的关键技术之一。同时，它也是高清流媒体、3D显示等领域的基础设施。
日光灯管
白炽灯
LED灯
列举：
4.市场的发展前景
01
02
03
量子点材料特性量子点具有独特的尺寸效应和量子限域效应，可调控发光波长，提高发光效率。
量子点LED优势与传统LED相比，量子点LED:具有更高的色纯度更广的色域覆盖率更低的制造成本。
应用领域展望量子点LED在显示、照明、生物成像等领域具有广阔的应用前景，如超高清显示、智能照明、荧光探针等。
市场分析
发光二极管的应用场景
LED显示屏是发光二极管的重要应用领域之一，广泛应用于室内外广告、体育场馆、演艺舞台等场所。LED显示屏具有高亮度、高对比度、色彩鲜艳等特点。
显示屏
LED可用作液晶显示（LCD）的背光源，提高显示效果和节能性能。随着LCD市场的不断扩大，LED背光源需求也相应增长。
背光源
发 光 二 极 管
目录
CONTENTS
什么是发光二极管
01
二极管的分类
02
二极管的应用场景
03
市光二极管
发展历程：这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等; 随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明。
初中发光二极管知识点总结
初中发光二极管知识点总结一、发光二极管的基本原理1、半导体的能带结构半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，它的能带结构决定了其导电性质。
半导体材料中存在价带和导带两个能带，其中价带中的电子填满，并且能量较低，而导带中的电子较少，且能量较高，当半导体受到激发时，价带中的电子可以跃迁到导带中成为自由电子，从而形成导电。
2、PN 结的形成当p型半导体和n型半导体直接相接触时，形成的结构称为PN结，形成PN结的过程叫做PN结的形成。
在PN结中，p型半导体的空穴向n型半导体扩散，n型半导体的自由电子向p型半导体扩散，形成内电场，使得p区和n区的电荷分布产生变化，形成耗尽层。
二、发光二极管的结构1、普通二极管结构普通二极管是由p型半导体和n型半导体直接接触而成，通常由硅、锗等半导体材料制成。
2、发光二极管结构发光二极管由p型半导体和n型半导体直接接触而成，具有普通二极管的PN结结构，同时还有一层发光层，当PN结正向导通时，电流通过发光层时，发光层发生发光现象，从而实现LED的发光功能。
三、发光二极管的工作特性1、正向导通和反向截止当PN结两侧的电压为正向电压时，即p区连接正电压，n区连接负电压，PN结导通，此时LED处于正向导通状态，电流流过PN结且LED发光。
当PN结两侧的电压为反向电压时，即p区连接负电压，n区连接正电压，PN结截止，此时LED处于反向截止状态，电流不流过PN结，LED不发光。
2、正向压降正向压降是指在PN结导通时，PN结两侧的电压差，当电压差达到LED的工作电压时，LED开始工作，电流流过PN结，LED发光。
一般LED的正向电压为1.5V~3.5V。
四、发光二极管的应用1、指示灯发光二极管具有发光、能耗低、寿命长等特点，因此广泛应用于各种电子产品的指示灯中，如电视机、空调、冰箱等家用电器的指示灯。
2、显示屏发光二极管还可以组成数码管、点阵屏等显示屏，用于显示数字、字母、符号等信息，广泛应用于计算机、手机、电子表等设备的显示屏上。
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2
1、I～V特性 其正向I～V特性与普通二极管大致相同
I I 0 exp(ev / m KT) I 0 : 开启点电流 K：玻尔兹曼常数 1.38 10 23 J / K m为复合因子： I小时m＝2；I大时m＝ 1 值得注意的是 LED的反向击穿电压 一般在－ 5V以上
提高LED效率的途径
a.选择适当的掺杂浓度
在p-n结加上正向偏压以后，注入结区的载流子有一部分被晶格缺陷 和有害杂质俘获，形成空间非辐射复合，这种复合尽量避免，因俘 获中心有限，可加大注入电流使其饱和，扩散电流jd开始起主要作 用。
b.选择适当的结深
辐射复合发出的光从p-n结到达晶体表面之前会受到较大 的吸收，为了减小吸收，把结做得薄一些，但是太浅了 又会使注入的载流子在体内来不及充分复合就到达电极 流走了。因此结深也有一个最佳值，计算公式：
N－GaAs（100）
· Al 蒸铝电极 N－GaAs 1－x Px 光刻Al电极
N－GaAs（100）
· Al 蒸 金－锗 极 N－GaAs 1－x Px N－GaAs（100） 划片、测试 选片、封装 电 N－GaAs 1－x Px N－GaAs（100） · Al
阳极 引线
阴极 引线
P
N P 型支持衬底 (c)平面型 二极管的结构示意图
1993年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发 光二极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。
20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的 LED，但色泽不均匀，使用寿命短，价格高。随着技术的不断进步， 近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到 38lm/W，实验室研究成果可以达到70 lm/W，大大超过白炽灯， 向荧光灯逼近。 90年代中期，出现了超亮度的氮化镓（GaN) LED。当前制造蓝光 LED的晶体外延材料是氮化铟镓(InGaN)。 氮化铟镓LED可以产生五 倍于氮化镓LED的光强。
p-n结注入式电致发光机理 （结型电致发光）
按照半导体材料不同形成的p-n结来 Nhomakorabea行电致发光的情况， 可分为两类： 同质p-n结注入式电致发光 异质p-n结注入式电致发光 带隙宽度处处相等，形成的高浓度的电子-空穴对区域由 少子的扩散长度决定。因而，同质结LED中，有源区 （电子-空穴对复合区域）的宽度很宽，并且随着温度、 偏压大小等因素而变化，使得发光效率受到很大的影响。 异质结产生，高亮度或大功率的发光二极管大都是采用 异质结材料制成。
外量子效率 由于材料的折射率高，发射和吸收的损失大，辐射复合 产生的光子不会全部射出。
设射出的光子数目NT，注入的电子空穴对G，则
NT 1 out＝ int [1 V p / Tav A] G : 器件的平均吸收系数； A：发射表面的面积 V p：二极管的体积； Tav：平均表面透射率
LED简介
LED简介
1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷 砷化镓（GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业 化发展进程。 80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦 10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外 信息发布以及汽车高位刹车灯(CHMSL)设备。
异质p-n结注入电致发光
P Ec1 EF Ev1 Eg1 Eg2
N Ec1 EFp Ec2
P
N Eg1－Eg2 Eg1 注入源 Eg2
Ec2
Ev1 Ev2 未加偏压下的P－N结能带图
发光区 加正向偏压下的P－N结能带图
异质结的发光二极管中的有源区的宽度比同质结小得多
LED对材料的要求：
1.
Eg较大，因为晶体发光的Emax<Eg， 3.1ev>Eg>1.72ev，Eg大，则便于发能量较大的蓝 光或绿光
照明用LED高亮度白光
白光LED基本上有两种方式: 多晶片型，将红绿蓝三种LED封装在一起，同时使其发光而产生 白光. 单晶片型。是把蓝光或者紫光、紫外光的LED作为光源，在配合 使用荧光粉发出白光。进一步分成两类: 1、是发光源使用蓝光LED，以460nm波长的蓝光晶粒涂上一层 YAG萤光物质。便可得出所需的白光（日亚专利）。 2、是使用近紫外和紫外光，丰田合成(Toyoda Gosei)与东芝所共 同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式。其发 光效率却仍低于蓝光LED与萤光体组合的方式，至于价格与产品寿 命，两者差距不大。
功率效率
在电极和LED接触处，LED半导体层本身都有电阻，称为串联电阻 Rs。（会耗去相当大的功率，使器件发热，降低器件的性能）
Rs上的压降不影响量子效率,但减小了功率效率.
功率效率的可以表示为:
h h p eV int x eV ex 式中V : 外加电压; : 光学效率 x 由于Rs的存在, 故V V I R j j s
2. 3. 4.
纯度高，晶格完整性好，以减小非辐射复合 直接带隙的半导体，其跃迁效率高 能容易与Al、Au等金属形成良好的欧姆接触
5.
稳定性好，价格便宜
重要半导体的带隙
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。
参数：亮度B
ex LJA j 2 B 3941 (cd / m ) As : 发射光波长（ nm）
LED的制作工艺（平面结型）
掺 P、Te N－GaAs（100） 外延 N－GaAs 1－x Px N－GaAs（100）
Si3N4掩模
Si3N4掩模 N－GaAs 1－x Px
光刻
Si3N4掩模
N－GaAs（100）
N－GaAs 1－x Px
Zn扩散
N－GaAs 1－x Px N－GaAs（100）
V : p n结上的压降; I : 流过p n结上的电流 j j I j Rs h / (1 ) p eVj int x Vj p0 / (1 I j Rs Vj ) 其中 为Rs 0时的功率效率 p0
提高功率效率,则Rs下降,掺杂浓度升高.单不能太高(因 为要影响LED的结晶完整性),一般取1018cm-3为宜
LN x jopt ln （L N）；式中：吸收系数； L N－1 L N；电子扩散长度。对发红光的GaP，
＝700 / cm; L N 1um; x jopt 2.5um
谢谢！