LED光源的前世今生与后LED时代【整理稿】.doc

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1、南京理工大学南京工业职业技术学院梁人杰于常州照明协会LED专委会成立大会摘要：谈到LED光源涉及面太多，题目很大，短篇幅不可能全面。限于时间，这里谈谈LED光源“前世”，“今生”和“后LED光源时代”。一.LED光源的“前世”1.LED的出生上世纪50—60年代随着微电子技术的深入研究，人们开始了解某些半导体材料可以发光，1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克（NickHolonyakJr.）开发出一种实用的可见光的半导体发光二极管。LED（LightEmittingDiode）。由于初出茅庐，半导体发光材料的研究

2、刚刚开始，LED只能辐射某些单色调的光谱，极不完善，没能覆盖人类可见光的全部光谱。当时只是作为一种小型指示灯或显示发光器件应用，可能因尚未呈现美好前景而不太显赫。2.LED容易被遗忘的特点但是，即使如此，当时的LED已具有某些“撒手锏”的特性，例如，LED促进了光纤通信的成就，但却似乎容易被人忽略，而成为无名英雄。LED对光纤通信的贡献，主要源于固态微电子器件先天的特性——可控性好，微秒，乃至纳秒级的响应特性，成就了宽带高速光纤通信的划时代贡献。在LED进入照明领域显赫成就的今天，在开发应用LED器件的今天，应该不能

3、遗忘LED高速发光特性之前无古人的优势。今天，在开发LED产品时，您是不是充分发挥了LED的专长了呢？因为，当您需要发挥一种器件的优势时，必须要对他的特长充分了解。3.LED光源的简明原理完全纯净的半导体称为本征半导体。如果在本征半导体分别扩散不同的杂质，就会各自形成P型半导体和N型半导体。此时将会在P型半导体和N型半导体的结合面上形成PN结。这就构成了半导体二极管，最主要特性是单向导电性。LED发光二极管与普通的半导体二极管类似，主要也是由PN结芯片和电极等组成。但是，由于LED二极管所使用的材料较为特殊，扩散掺杂

4、了有利于发光的杂质，LED就转变成为一种电致发光的半导体二极管器件。LED光源原理可由图1简明表示。人类历史上第一个LED所使用的材料是砷化镓(GaAs),其正向PN结压降为1.424V，辐射红外光谱，另一种常用的LED是磷化镓(GaP)——辐射绿色光谱。下面举例给出几种LED的材料及其辐射的光谱。·砷化镓(GaAs)——辐射红色光谱（R），波长660纳米左右；·磷化镓(GaP)——辐射绿色光谱（G），波长570纳米左右；·氮化铟镓（InGaN）——辐射蓝光光谱（B），波长400纳米左右；二.LED光源的“今生”1.

5、LED开拓了人类固态照明的新纪元如果说报童出身的托马斯·阿尔瓦·爱迪生(ThomasAlvaEdison)发明白炽灯，开拓了人类电气化照明的新纪元，使人类从此彻底告别了“火光照明”的古老时代。那么，今天，LED在照明领域的划时代贡献，就是开拓了人类固态照明和固态显示的新纪元，彻底摆脱了含“汞”气体光源对人类的危害，其历史意义无论如何评估，都不会过分。显然，LED已成为具有很大发展潜力的固态光源，LED所引领的固态照明SSL（SolidStateLighting）被称之为人类照明发展史的里程碑。2.白光LED的实现自从

6、上世纪90年代发明蓝光LED后，LED实现了人类全可见光谱的辐射，LED从此异军突起，成为与传统光源竞争的强力对手。白光LED，即辐射日光色的LED，例如：·氮化铟镓（InGaN）蓝光芯片加YAG(钇铝石榴石）荧光粉的方法可以制成辐射白光LED，即：辐射日光色，这是二基色荧光粉转换白光LED。但效率不高。·紫外光LED激发三基色荧光粉，光色主要由荧光粉配比决定，容易获得白光，并且显色性好，光色或色温可调。·多芯片白光LED，采用RGB三色LED芯片，或更多色彩的LED芯片封装在一起，进行光色混合得到白光，可能得到很好

7、的显色性。但是这种方法，面临对多色LED芯片的多元反馈控制，包括驱动电流控制和散热的复杂管理等等，系统将变得极为繁杂，成本奇高，实际应用困难重重。上面只是略给举例子而已。今天，LED技术的发展突飞猛进，特别是多元材料的LED芯片和白光LED芯片，性能日益先进，已非同日而语。图2为各种规格的辐射日光色的大功率白光LED器件示意图。3.LED照明的技术链LED照明的技术链可用下面的系列图形，既简明而又概括地描述。4.目前涉及LED照明技术链的有关问题——技术与动向本节将沿着LED照明的灯具技术链分别讨论有关主要技术问题与

8、发展动向。1）国内外LED外延片-——衬底材料技术进展衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。衬底材料的选择主要基于以下九大特性：（1）结构特性：外延材料与衬底的晶体结构应相同或相近，晶格常数失配度小，结晶性能好，缺陷密度小；（2）界面特