《发光二极管》PPT课件
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《LED灯泡介绍》课件
如何选购适合的LED灯泡
亮度
根据所需照明需求选择合适的亮度。亮度以流明 （Lumen）衡量。
功率
选购时考虑功率，以确保满足照明需求的同时，保 持能源效率。
色温
选择适合的色温，例如暖黄色用于舒适的环境，冷 白色用于需要更亮的照明场景。
品牌和质量
选择知名品牌和高质量的LED灯泡，以确保性能和 寿命。
如何正确使用和维护LED灯泡
可弯曲灯带
未来的LED灯泡设计将更加灵活， 例如可弯曲的灯带，适用于各种创 意照明。
《LED灯泡介绍》PPT课 件
欢迎大家来到今天的PPT课件《LED灯泡介绍》。在本课件中，我们将深入了 解LED灯泡的原理、优点、应用领域、不同类型、选购指南、正确使用和维护， 以及未来的发展趋势。
LED灯泡的原理
• LED是Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写。 • 通过内部半导体材料的电流流过，LED产生光。 • 与传统灯泡相比，LED灯泡更省电且寿命更长。
商业照明
商店、办公室、餐厅等场所可采 用LED灯泡进行照明。
汽车照明
LED灯泡在车辆的前照灯、后尾灯 和室内灯等方面都得到了广泛应 用。
常见的LED灯泡类型
• 射灯灯泡：用于聚光照明，适用于展示物品或特定区域照明。 • 节能灯泡：螺旋形状，提供均匀的光线，非常适合照明大面积的区域。 • 灯管：长型灯泡，常用于办公室、商场、工厂等需要大面积照明的场所。 • 彩色灯泡：提供各种颜色选择，可用于装饰和营造氛围。
1
清洁
2
定期擦洗灯泡表面，确保灯泡亮度和清晰度。
3
安装
确保按照说明正确安装LED灯泡。
防震
LED灯泡对震动敏感，避免剧烈震动，以防 止灯泡损坏。
发光二极管的闪烁显示课件
发光二极管的驱动与控制
发光二极管的驱动方式
直流驱动
通过向发光二极管提供直流电压 来激发电子，从而实现发光。
脉冲驱动
通过向发光二极管提供脉冲电压 来激发电子，从而实现发光。
交流驱动
通过向发光二极管提供交流电压 来激发电子，从而实现发光。
发光二极管的亮度控制
调节电流
分段调节
通过调节流过发光二极管的电流大小 来控制亮度。
传感器
03
利用发光二极管的发光特性，开发出各种光电传感器，用于环
境监测、医疗诊断等领域。
发光二极管的未来展望
新材料和新技术
随着新材料和新技术的发展，发光二极管将不断取得突破，性能 将得到进一步提升。
智能化和网络化
发光二极管将与物联网、人工智能等技术结合，实现智能化和网 络化显示。
绿色环保
发光二极管具有长寿命、低能耗、环保等优点，未来将在绿色环 保领域发挥更加重要的作用。
频率要求
为了不引起视觉疲劳，闪 烁频率通常在50Hz至 100Hz之间。
视觉感知
人类对光线的感知具有适 应性，能够区分出亮灭状 态的变化。
发光二极管闪烁显示的实现
硬件需求
需要稳定的电源、适当的 限流电阻以及相应的控制 电路。
控制方式
通过调节电流的通断时间 ，实现发光二极管的亮灭 控制。
编程接口
根据不同的开发平台和编 程语言，使用相应的库函 数或API进行编程。
CHAPTER 04
发光二极管的制作与调试
发光二极管的制作流程
准备材料
发光二极管、电阻、电容、电感、导 线等电子元件，以及必要的工具如电 烙铁、焊锡等。
焊接元件
按照电路图将发光二极管、电阻、电 容、电感等元件焊接在一起。
发光二极管的驱动方式
直流驱动
通过向发光二极管提供直流电压 来激发电子，从而实现发光。
脉冲驱动
通过向发光二极管提供脉冲电压 来激发电子，从而实现发光。
交流驱动
通过向发光二极管提供交流电压 来激发电子，从而实现发光。
发光二极管的亮度控制
调节电流
分段调节
通过调节流过发光二极管的电流大小 来控制亮度。
传感器
03
利用发光二极管的发光特性，开发出各种光电传感器，用于环
境监测、医疗诊断等领域。
发光二极管的未来展望
新材料和新技术
随着新材料和新技术的发展，发光二极管将不断取得突破，性能 将得到进一步提升。
智能化和网络化
发光二极管将与物联网、人工智能等技术结合，实现智能化和网 络化显示。
绿色环保
发光二极管具有长寿命、低能耗、环保等优点，未来将在绿色环 保领域发挥更加重要的作用。
频率要求
为了不引起视觉疲劳，闪 烁频率通常在50Hz至 100Hz之间。
视觉感知
人类对光线的感知具有适 应性，能够区分出亮灭状 态的变化。
发光二极管闪烁显示的实现
硬件需求
需要稳定的电源、适当的 限流电阻以及相应的控制 电路。
控制方式
通过调节电流的通断时间 ，实现发光二极管的亮灭 控制。
编程接口
根据不同的开发平台和编 程语言，使用相应的库函 数或API进行编程。
CHAPTER 04
发光二极管的制作与调试
发光二极管的制作流程
准备材料
发光二极管、电阻、电容、电感、导 线等电子元件，以及必要的工具如电 烙铁、焊锡等。
焊接元件
按照电路图将发光二极管、电阻、电 容、电感等元件焊接在一起。
发光二极管LED显示技术ppt课件
制作工艺与材料选择
制作工艺
LED显示屏的制作工艺包括表面 贴装技术（SMT）、插灯工艺和 压铸铝工艺等，不同的工艺有不
同的优缺点和适用范围。
材料选择
LED显示屏的主要材料包括LED芯 片、PCB板、驱动IC、电源和散热 材料等，优质的材料可以保证显示 屏的性能和稳定性。
防护等级
根据应用场景和环境条件，选择适 当的防护等级，以确保LED显示屏 在恶劣环境下也能正常工作。
节能环保
LED显示屏具有节能环保的特 点，相比传统显示技术更加节 能。
高亮度
LED显示屏具有高亮度的特点 ，能够在强光下保持清晰的显 示效果。
长寿命
LED显示屏的寿命长达数万小 时，维护成本低。
灵活多变
LED显示屏可以制作成各种形 状和尺寸，适应不同的应用场 景。
应用领域及市场前景
应用领域
LED显示屏广泛应用于室内外广告、体育场馆、演艺舞台、 会议展览等领域。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓 展，LED显示屏的应用范围还将不断扩大。
发光二极管LED显 示技术ppt课件
目录
• LED显示技术概述 • 发光二极管基础知识 • LED显示器件与驱动电路 • LED显示屏设计与制作 • LED显示系统控制软件设计 • LED显示技术应用实例分析
01
LED显示技术概述
LED显示原理及发展历程
发光原理
LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。其核心部 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
色温
表示光源光色的尺度，单位为开尔文（K）。
中小学优质课件发光二极管LED课件
产品差异化与创新
分析市场上LED产品的差异化特点，探讨产品创新对市场竞争的 影响。
未来发展趋势预测及挑战应对
01
02
03
04
技术发展趋势
预测未来LED技术的发展方向， 如更高效、更环保、更智能等。
市场拓展方向
探讨LED产品在照明、显示、 背光等领域的应用拓展情况。
产业链整合与优化
分析产业链上下游企业的整合 趋势，以及如何通过优化产业
背光领域
LED背光技术已广泛应用于液晶电视、 电脑显示器等电子产品中，提高了显示 效果和节能性能。
其他应用领域
医疗美容
LED光疗仪、LED面膜等产品在医疗 美容领域得到了广泛应用。
科研实验
LED作为光源在科研实验领域也有广 泛应用，如光谱分析、光化学反应等。
植物生长灯
LED植物生长灯能够模拟自然光，促 进植物生长，已广泛应用于农业领域。
03 发光二极管LED 应用领域
指示灯与照明领域
交通信号灯
LED作为交通信号灯的光 源，具有高亮度、长寿命、 低能耗等优点。
汽车照明
LED在汽车照明领域应用 广泛，如车头大灯、雾灯、 刹车灯等。
室内外照明
LED灯具已广泛应用于家 庭、商场、办公室等室内 外照明场所。
显示屏与背光领域
显示屏
LED显示屏具有高亮度、高对比度、 长寿命等优点，已广泛应用于户外广 告、体育场馆等领域。
链提升产业竞争力。
挑战与应对策略
针对产业发展过程中可能遇到 的挑战，提出相应的应对策略
和建议。
THANKS
感谢观看
03
2. 发光二极管除了作为指示灯和显示屏外，还有哪些其他应用？可以 引导学生了解其在照明、装饰等领域的应用。
分析市场上LED产品的差异化特点，探讨产品创新对市场竞争的 影响。
未来发展趋势预测及挑战应对
01
02
03
04
技术发展趋势
预测未来LED技术的发展方向， 如更高效、更环保、更智能等。
市场拓展方向
探讨LED产品在照明、显示、 背光等领域的应用拓展情况。
产业链整合与优化
分析产业链上下游企业的整合 趋势，以及如何通过优化产业
背光领域
LED背光技术已广泛应用于液晶电视、 电脑显示器等电子产品中，提高了显示 效果和节能性能。
其他应用领域
医疗美容
LED光疗仪、LED面膜等产品在医疗 美容领域得到了广泛应用。
科研实验
LED作为光源在科研实验领域也有广 泛应用，如光谱分析、光化学反应等。
植物生长灯
LED植物生长灯能够模拟自然光，促 进植物生长，已广泛应用于农业领域。
03 发光二极管LED 应用领域
指示灯与照明领域
交通信号灯
LED作为交通信号灯的光 源，具有高亮度、长寿命、 低能耗等优点。
汽车照明
LED在汽车照明领域应用 广泛，如车头大灯、雾灯、 刹车灯等。
室内外照明
LED灯具已广泛应用于家 庭、商场、办公室等室内 外照明场所。
显示屏与背光领域
显示屏
LED显示屏具有高亮度、高对比度、 长寿命等优点，已广泛应用于户外广 告、体育场馆等领域。
链提升产业竞争力。
挑战与应对策略
针对产业发展过程中可能遇到 的挑战，提出相应的应对策略
和建议。
THANKS
感谢观看
03
2. 发光二极管除了作为指示灯和显示屏外，还有哪些其他应用？可以 引导学生了解其在照明、装饰等领域的应用。
发光二极管工作原理及应用 ppt课件
N
24
元素周期表
P-N结 光 的 颜 色 视 做
成 PN 结的材料 和发光的波长 而定，而波长 与材料浓度有 关。如采用磷 砷化镓可以发 出红光或黄光 ；采用磷化镓 则发出绿光
P
半导体发光二极管的结构示意图
LED应用
25
1、 指示灯、信号灯 2 、数字显示用显示器 利用LED进行数字显示，有点矩阵型和字段型两种方式。
+4
硅原子结构示意图
硅、锗原子 锗原子结构示意图 的简化模型
2. 本征半导体 本征半导体就是完全纯净的半导体 (提纯的晶体) 平面结构 立体结构
+4 +4 +4
7
+4
+4
+4
+4
+4
+4
8
本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴 +4 +4 +4 自由电子 +4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴
载 流 子
U
9 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
10 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
11 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
24
元素周期表
P-N结 光 的 颜 色 视 做
成 PN 结的材料 和发光的波长 而定，而波长 与材料浓度有 关。如采用磷 砷化镓可以发 出红光或黄光 ；采用磷化镓 则发出绿光
P
半导体发光二极管的结构示意图
LED应用
25
1、 指示灯、信号灯 2 、数字显示用显示器 利用LED进行数字显示，有点矩阵型和字段型两种方式。
+4
硅原子结构示意图
硅、锗原子 锗原子结构示意图 的简化模型
2. 本征半导体 本征半导体就是完全纯净的半导体 (提纯的晶体) 平面结构 立体结构
+4 +4 +4
7
+4
+4
+4
+4
+4
+4
8
本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴 +4 +4 +4 自由电子 +4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴
载 流 子
U
9 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
10 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
11 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
二极管及应用PPT课件
NO.3 光电（光敏）二极管
1、符号
NO.3 光电（光敏）二极管
2、特性：将光信号转变成电信号 3、工作条件：加反向电压。工作在反向偏置状态（反向 截止区）。
NO.3 光电（光敏）二极管
4、主要参数： （1）最高工作电压 VRM：光电二极管在无光照条件下，反 向电流不超过 0.1 A 时所能承受的最高反向电压。VRM 越 大，管子性能越稳定。
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ③两反
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ④两正
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 假设两个硅稳压二极管，VZ1的稳压值是6V，VZ2的稳压值是
8V，他们的导通压降均为0.7V。现将他们两并联，可以得到几种输 出电压值？
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ①一正一反
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ②一反一正
NO.2 稳压二极管
7、两个稳压二极管并联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ③两反
8V，他们的导通压降均为0.7V。现将他们两串联，可以得到几种输 出电压值？
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ①一正一反
NO.2 稳压二极管
6、两个稳压二极管串联 （1）U导通=0.7V，UZ1=6V，UZ2=8V。 ②一反一正
NO.2 稳压二极管
NO.4 变容二极管
《LED产品介绍》课件
2 绿色环保
3 多场景应用
LED产品具有低碳、节能、 无污染等特点，符合绿色 环保的发展趋势。
LED将被应用于更多场景， 如户外照明、舞台演出等， 满足不同需求。
4 柔性屏幕
5 光通信
LED柔性屏幕将成为一种主流显示技术，可应 用于曲面屏幕和可穿戴设备等。
LED可用于光纤通信，具有高速、稳定和安全 的传输性能。
LED产业概况
1 全球LED产业现状
全球LED产业在快速发展，逐渐替代传统照明产品，应用广泛。
2 中国LED产业现状
中国是全球最大的LED生产和消费国，拥有完整的产业链和竞争优势。
3 行业发展趋势
LED产业将趋向智能化、绿色环保、多场景应用、柔性屏幕和光通信。
LED产品分类
按用途分类：
商业照明
为商业场所提供高亮度照明 解决方案，如酒店、商场等。
家庭照明
为家庭提供高品质、节能的 照明产品，如灯泡、灯管等。
屏幕显示
在电视、电脑和手机等屏幕 中提供高质量的图像显示。
汽车照明
为汽车提供照明解决方案，如大灯、尾灯等。
智能穿戴
用于智能手表、智能眼镜等智能穿戴设备。
按封装分类：
1 DIP LED
2 SMD LED
3 COB LED
通过双绝缘双面微机芯片 技术，具有高亮度和均一 的发光效果。
LED屏幕在电视、电脑和手机等Βιβλιοθήκη 设备的显示中提供高质量的图像 效果。
汽车照明案例
LED大灯和尾灯等产品被广泛应 用于汽车照明中，提供明亮、高 效的照明效果。
智能穿戴案例
LED在智能手表、智能眼镜等穿 戴设备中使用，提供丰富的功能 和显示效果。
LED未来发展趋势
发光二极管LEDPPT课件
QV
P
.
11
4、发光强度（角度）
LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同 的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特 性。这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察 角度。
.
12
5、温度特性
❖ 波长与温度关系式λp=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃ ❖ 每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均
发光二极管（LED）
.
1
主要内容
❖ 发光二极管的背景介绍 ❖ 发光二极管的原理和特性参数 ❖ 发光二极管应用
.
2
简介
发光二极管（ Light Emitting Diode，LED ）也叫做注入 型电致发光器件。它是一种能把电能直接转化为光能的特殊 半导体器件。它除了具有普通二极管的正向特性外，还具有 普通二极管没有的发光能力。
Eg=E2 - E1 = hv λ≈1.24/Eg（um）
钻石(C)-紫外线
.
4
❖ 普通单色发光二极管 ❖ 高亮度发光二极管（GaAlAs）等材料 ) ❖ 超高亮度发光二极管(发光强度>100Mcd ) ❖ 变色发光二极管(能变换发光颜色 ) ❖ 闪烁发光二极管（由CMOS和LED组成的特殊器件 ） ❖ 电压控制型发光二极管（可以工作在3伏－10伏 ） ❖ 红外发光二极管（电能直接转换成红外光 ）
磷砷化镓(GaAsP)-红色，橘红色，黄色 磷化镓(GaP)-红色，黄色，绿色 氮化镓(GaN)-绿色，翠绿色，蓝色 铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色
LED辐射光的波长跟其 制作材料的禁带宽度Eg 有关，即
碳化硅(SiC)(用作衬底)-蓝色 硅(Si)(用作衬底)-蓝色(开发中) 蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)-蓝色
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4
Current LED Technology
Axial Intensity
100
10
GaInN
GaInN
GaInN
Al In GaP Al In GaP
GaA I As (DH)
Al In GaP GaP: N
1
0.1 400
GaAsP GaAsP GaAsP
GaP : N SiC
450
500
550
发光二极管
1
整体概况
+ 概况1
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概况2
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概况3
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2
2.1 引言
1、定义：发光二极管（LED）是一种固态发光， 是利用半导体或类似结构把电能转换成光能 的元件，属于低场下的注入式电致发光。
10
（3）放射线发光：由各种高能粒子轰击发 光物体产生电子空穴对而引起发光
（4）电致发光：它是由于外加电场而产生 少数载流子的过程利用这种现象制成的 器件有LED、LD、EL等
二、复合过程
电子空穴对一旦由上面提到的某种激发 过程产生，电子将回到它的较低能量的 平衡态并与空穴复合。这种复合能够通 过两种途径发生：辐射复合，非辐射复 合
19
在半导体Ⅲ -Ⅴ族化合物如GaP中，选用特定的杂 质通常是从 Ⅵ 族施主Te、Se、和S，以及从Ⅱ 族 受主Zn、Cd和Mg当中进行挑选。这种半导体材料 （ GaP ）在常温下通过激子(是指电子处于激发状 态但不能自由行动，被空穴所产生的库仑场俘获的 原子或分子)来进行非间带复合跃迁。
9
半导体中发光是产生浓度超过热平衡值 的电子和空穴的复合 激发载流子的方式有四种： （1） 光致发光：是由能量大于半导体能 带间隙的入射光吸收产生少数载流子的 过程。它在研究半导体材料时常用 （2）阴极的射线发光：剩余载流子的产 生是由高能电子电离的电子空穴队而来 的。每一个入射的电子产生的电子空穴 对数目是非常大的（对于一个10kev的电 子，其典型数为103）
18
非间接复合
施主和受主杂质不仅决定于材料的导电 类型和电阻率，而且当杂质是发光中心时， 它们还支配着辐射复合过程，杂质取代晶 体内部的基质原子，其位置不规则，因而 委形成周期性排列。杂质能级在动量空间 扩展开，特别是出现在K＝0处，（说明杂 质能级于半导体的价带顶或导带低具有相 同的动量）。这说明为何含有杂质能级的 跃迁能如此有效，复合的辐射部分可以发 生在从导带到受主或从施主到价带，跃迁 更经常发生在施主和受主能态之间，因为 它们分别单独为电子和空穴提供低能态。
600
650
Wavelength in nm
700
5
2.2 LED的发光机理
PN结断面示意图
6
7
What happens when p-type & n-type semiconductors are connected? Holes and e’s migrate across p/n junction.
13
带间复合必需涉及一个第三者的粒子以保 持动量守恒。声子（晶格振动)就是这里 的第三者。但是这种三粒子过程中电子 －空穴复合的几率比直接带隙材料中小 2～3个数量级，Si、Ge、GaP等都属于间 接带隙，这类材料将两种带间复合的能 带示于下图
14
两种带间复合 E（k）
Eg
hυ＝Eg
K 直接带隙半导体能带
E（k）
hυ＝Eg＋Ep
Eg hυ＝Eg －Ep
K 间接带隙半导体能带
17
间接跃迁：动量不守恒，电子不仅吸收光子，同时还和 晶格交换一定的振动能量，即放出或吸收一个声子从而 达到动量守恒. 光吸收系数（1-103 cm-1）比直接跃迁 （104 - 106 cm-1 ) 小得多。
Si：间接带隙 半导体
12
半导体材料如GaAs,Inp等，由于价带极大 与导带极小对应于同一位置（零动量位 置）这种半导体材料的能带称为直接带 隙半导体能带，也即是说，在直接带隙 半导体的电子能量E（k)与波数K关系曲 线中，导带极小与价带极大具有相同的K
值，电子与空穴在这种材料中的复合为 二体过程，辐射效率不高。
如果半导体材料的E（k)~K曲线中，导带 极小与价带极大对应于不同的K值，称为 间接带隙半导体能带。
holes
~104 V/cm electric field at junction limits size of depletion region
8
2.2.1 LED的物理基础
复合理论
一. 载流子的激发
• 半导体中的发光是原子能态之间辐射跃 迁的结果。辐射复合速率是由高能态的 电子密度、空着的低能态密度以及这两 种能态之间的跃迁几率三者乘积决定的。 因为半导体中相邻原子的间隔小（～ 5Å），它们的轨道电子的波函数相互作 用，因此形成允许的能带而不足形成分 离的能级（如在孤立的原子中），发光 产生与带间的跃迁，因此不是单色的， 而是扩展遍及一般为几百Å宽的波长间距
2、特点： B高，室温下，全色LED大屏幕，5000－ 10000cd/m2 工作电压低，1－5V，可与Si逻辑电路匹配 响应速度快，10－7 － 1 0－9s 彩色丰富，已研制出红绿蓝和黄橙的LED 尺寸小，寿命长（十万小时） 视角宽，96年，达80度；97年，达140度
3
3、缺点： 电流较大，对七段式LED数码管，10mA/段 功耗大，装配大型矩阵屏时散热问题突出
15
直接跃迁和间接跃迁
电子吸收光子的跃迁过程必须 满足能量和动量守恒，电子在 跃迁过程中波矢保持不变 (在 波矢k空间必须位于同一垂线 上）直接跃迁
常见半导体GaAs就属于此类： 直接带隙半导体
直接跃迁中吸收系数α 和光子能量的关系为
1
{ (h ) A(hEg)2
hEg
0
hEg
（A为一基本常数） 16
11
1. 辐射复合 辐射复合可直接由带间电子和空穴复
合产生，也可通过由晶体自身的缺陷掺 入的杂质和杂质的聚合物所形成的中间 能级来产生；这些缺陷或杂质就叫做发 光中心。按电子跃迁的方式可把辐射分 成两种 带间复合 带间复合是指导带中的电子直接与价带中 空穴复合，产生的光子能量易接近等于 半导体材料的禁带宽度。
4、简史 1923年，由Losev在产生p-n结的SiC中发现注入 式电致发光 60年代末，LED得到迅速发展 1964年，Gvimmeiss和Scholz以GaP间接带材料 隙得到橙、黄、绿的LED 80年代，蓝光的LED研制出来，用宽带隙n型或 半绝缘的GaN、ZnS或ZnSe上形成肖特基势垒 形成
Current LED Technology
Axial Intensity
100
10
GaInN
GaInN
GaInN
Al In GaP Al In GaP
GaA I As (DH)
Al In GaP GaP: N
1
0.1 400
GaAsP GaAsP GaAsP
GaP : N SiC
450
500
550
发光二极管
1
整体概况
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概况2
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概况3
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2
2.1 引言
1、定义：发光二极管（LED）是一种固态发光， 是利用半导体或类似结构把电能转换成光能 的元件，属于低场下的注入式电致发光。
10
（3）放射线发光：由各种高能粒子轰击发 光物体产生电子空穴对而引起发光
（4）电致发光：它是由于外加电场而产生 少数载流子的过程利用这种现象制成的 器件有LED、LD、EL等
二、复合过程
电子空穴对一旦由上面提到的某种激发 过程产生，电子将回到它的较低能量的 平衡态并与空穴复合。这种复合能够通 过两种途径发生：辐射复合，非辐射复 合
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在半导体Ⅲ -Ⅴ族化合物如GaP中，选用特定的杂 质通常是从 Ⅵ 族施主Te、Se、和S，以及从Ⅱ 族 受主Zn、Cd和Mg当中进行挑选。这种半导体材料 （ GaP ）在常温下通过激子(是指电子处于激发状 态但不能自由行动，被空穴所产生的库仑场俘获的 原子或分子)来进行非间带复合跃迁。
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半导体中发光是产生浓度超过热平衡值 的电子和空穴的复合 激发载流子的方式有四种： （1） 光致发光：是由能量大于半导体能 带间隙的入射光吸收产生少数载流子的 过程。它在研究半导体材料时常用 （2）阴极的射线发光：剩余载流子的产 生是由高能电子电离的电子空穴队而来 的。每一个入射的电子产生的电子空穴 对数目是非常大的（对于一个10kev的电 子，其典型数为103）
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非间接复合
施主和受主杂质不仅决定于材料的导电 类型和电阻率，而且当杂质是发光中心时， 它们还支配着辐射复合过程，杂质取代晶 体内部的基质原子，其位置不规则，因而 委形成周期性排列。杂质能级在动量空间 扩展开，特别是出现在K＝0处，（说明杂 质能级于半导体的价带顶或导带低具有相 同的动量）。这说明为何含有杂质能级的 跃迁能如此有效，复合的辐射部分可以发 生在从导带到受主或从施主到价带，跃迁 更经常发生在施主和受主能态之间，因为 它们分别单独为电子和空穴提供低能态。
600
650
Wavelength in nm
700
5
2.2 LED的发光机理
PN结断面示意图
6
7
What happens when p-type & n-type semiconductors are connected? Holes and e’s migrate across p/n junction.
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带间复合必需涉及一个第三者的粒子以保 持动量守恒。声子（晶格振动)就是这里 的第三者。但是这种三粒子过程中电子 －空穴复合的几率比直接带隙材料中小 2～3个数量级，Si、Ge、GaP等都属于间 接带隙，这类材料将两种带间复合的能 带示于下图
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两种带间复合 E（k）
Eg
hυ＝Eg
K 直接带隙半导体能带
E（k）
hυ＝Eg＋Ep
Eg hυ＝Eg －Ep
K 间接带隙半导体能带
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间接跃迁：动量不守恒，电子不仅吸收光子，同时还和 晶格交换一定的振动能量，即放出或吸收一个声子从而 达到动量守恒. 光吸收系数（1-103 cm-1）比直接跃迁 （104 - 106 cm-1 ) 小得多。
Si：间接带隙 半导体
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半导体材料如GaAs,Inp等，由于价带极大 与导带极小对应于同一位置（零动量位 置）这种半导体材料的能带称为直接带 隙半导体能带，也即是说，在直接带隙 半导体的电子能量E（k)与波数K关系曲 线中，导带极小与价带极大具有相同的K
值，电子与空穴在这种材料中的复合为 二体过程，辐射效率不高。
如果半导体材料的E（k)~K曲线中，导带 极小与价带极大对应于不同的K值，称为 间接带隙半导体能带。
holes
~104 V/cm electric field at junction limits size of depletion region
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2.2.1 LED的物理基础
复合理论
一. 载流子的激发
• 半导体中的发光是原子能态之间辐射跃 迁的结果。辐射复合速率是由高能态的 电子密度、空着的低能态密度以及这两 种能态之间的跃迁几率三者乘积决定的。 因为半导体中相邻原子的间隔小（～ 5Å），它们的轨道电子的波函数相互作 用，因此形成允许的能带而不足形成分 离的能级（如在孤立的原子中），发光 产生与带间的跃迁，因此不是单色的， 而是扩展遍及一般为几百Å宽的波长间距
2、特点： B高，室温下，全色LED大屏幕，5000－ 10000cd/m2 工作电压低，1－5V，可与Si逻辑电路匹配 响应速度快，10－7 － 1 0－9s 彩色丰富，已研制出红绿蓝和黄橙的LED 尺寸小，寿命长（十万小时） 视角宽，96年，达80度；97年，达140度
3
3、缺点： 电流较大，对七段式LED数码管，10mA/段 功耗大，装配大型矩阵屏时散热问题突出
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直接跃迁和间接跃迁
电子吸收光子的跃迁过程必须 满足能量和动量守恒，电子在 跃迁过程中波矢保持不变 (在 波矢k空间必须位于同一垂线 上）直接跃迁
常见半导体GaAs就属于此类： 直接带隙半导体
直接跃迁中吸收系数α 和光子能量的关系为
1
{ (h ) A(hEg)2
hEg
0
hEg
（A为一基本常数） 16
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1. 辐射复合 辐射复合可直接由带间电子和空穴复
合产生，也可通过由晶体自身的缺陷掺 入的杂质和杂质的聚合物所形成的中间 能级来产生；这些缺陷或杂质就叫做发 光中心。按电子跃迁的方式可把辐射分 成两种 带间复合 带间复合是指导带中的电子直接与价带中 空穴复合，产生的光子能量易接近等于 半导体材料的禁带宽度。
4、简史 1923年，由Losev在产生p-n结的SiC中发现注入 式电致发光 60年代末，LED得到迅速发展 1964年，Gvimmeiss和Scholz以GaP间接带材料 隙得到橙、黄、绿的LED 80年代，蓝光的LED研制出来，用宽带隙n型或 半绝缘的GaN、ZnS或ZnSe上形成肖特基势垒 形成