白光led的发光原理及其制造工艺

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1、白光LED的发光原理及其制造工艺301.1LED（LightEmittingDiode），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：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。LED的核心是一个半导体的晶片，晶片附在一个支架上，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。跟一般的二极管一样，LED半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面的载流子以空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边多数载流子主要是电子。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PN结加反向电压时，

2、少数载流子难以注入，LED故不发光。而当PN结加正向电压时，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，这个复合过程会释放出能量，即以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的单色LED有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以，LED是理想的光源[1]。大功率LED又是LED的一种，相对于小功率LED来说，大功率LED单

3、颗功率更高，亮度更亮，价格更高。小功率LED额定电流都是20mA，额定电流高过20mA[2]的基本上都可以算作大功率。一般功率数有：0.25w、0.5w、1w、3w、5w、8w、10w等等。对于一般照明应用而言，人们更需要的是白色的光源。在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成。第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光。1998年白光的LED开发成功。这种白光LED就是将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Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射[3]，峰值550nm

4、。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200-500nm。LED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。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。第二种是多种单色光混合方法：白光是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉的白光至少包括两种以上波长的光。例如人眼同时受红、蓝、绿光的刺激30时，或同时受到蓝光与黄光的刺激时都可以感

5、受为白色光。依照这种原理人们可以设计产生白光的LED光源。按照现有的技术能力，有两种可行的方案。第一种，使用红绿蓝的三色LED，按照所属光的强弱排成矩阵，三种色光混合后产生白色的光。但是，LED是PN结，它像所有PN结一样，遵守PN结的负温度特性的特征规律。在LED器件上表现为它的正向电流随温度的升高而下降，它的光输出亦会随温度的升高而下降，不同的LED下降程度差别很大。采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光[4]。这两种方法都已能成功产生白光器件。1.2白光LED的特点和性能白光LED作为一种新的光源，其具有以下的特点及性能：（1）效率高按照通常

6、的光效定义，LED的发光效率并不高(一般10～30Lm/w)，目前己知光效最高的白色LED光效可以达到130Lm/W，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80％～90％，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10％～20％[5]。（2）光线质量好人眼直接观察光源时所看到的颜色,称为光源的色表(CRI)[6].CRI越高越好。色温越低,光源越“暖”。白炽灯色温2800K,卤素灯3200K,荧光灯2700K-6000K;高强度放电汽车头灯3900K-4200K；日光5000K-5500K.冷白光LED6500K,暖白光LED3300K,RGB封装的1

7、000K-10000K。参见下表1-1：光源显色性指数日光灯52-95白炽灯95~100汞灯15-55金卤灯65-80低压钠灯0(monochromaticlight)高压钠灯22-75LED(发光二级管)0(mono-colorLED)-80(highfluxLED)表1-1各种灯具的关系质量（3）光色纯与白炽灯全频段光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。LED的峰值波长一定，故其发光颜色一定，目前能制出红、橙、琥珀、黄、绿、蓝、紫、白等几种颜色的LED，经过适当的混合即可实现全光谱色[7]。（4）稳定性高30采用环氧树脂固体封装[8]，管芯的工作不受

8、外界环境的