发光二极管解析课件.ppt

1、LED（Light emitting diode）发光二极管光源LED半导体光放大器半导体注入激光器1、定义：发光二极管（、定义：发光二极管（LED）是一种固态发光，是）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，利用半导体或类似结构把电能转换成光能的元件，属于属于低场下的注入式电致发光低场下的注入式电致发光。2、特点：、特点：B（亮度）高，室温下，全色（亮度）高，室温下，全色LED大屏幕，大屏幕，500010000cd/m2 工作电压低，工作电压低，15V，可与，可与Si逻辑电路匹配逻辑电路匹配 响应速度快，响应速度快，107 1 09s 彩色丰富，已研制出红绿蓝和黄橙的彩

2、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）尺寸小，寿命长（十万小时）视角宽，视角宽，96年，达年，达80度；度；97年，达年，达140度度LED发展简介 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。1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAs

3、P器件性能要高出10倍。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。LED发展简介 半导体照明的发展非常迅速。统计表明，自上世纪60年代诞生以来，每隔十年，LED成本下降十倍而发光效率提高十倍。2006年，日本日亚化学（Nichia）实现了150 Lm/W的发

4、光效率，比美国光电工业发展协会（OIDA）设定的目标提早了6年。而几年前市场憧憬2010年才能商业化的瓦级单灯，在2006年就已进入商用，目前已相当普及。蓝光LED 到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。在很长的一段时间内都无法提供发射蓝光的LED第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期（日亚公司1993宣布，中村修二博士发明），再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。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L

5、ED可以产生五倍于氮化镓LED的光强。超亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自芯片上的蓝色光源再转化为白光，利用这种技术可制造出任何可见颜色的光。近期开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展，即每隔18个月它的亮度就会增加一倍，曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。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

6、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。在过去，只有蓝光LED使用GaN做为基板材料，但是现在从绿光领域到近紫外光领用的LED，也都开始使用GaN化合物做为材料了。并且伴随着白光LED应用的扩大，市场对其效能的期待也逐渐增加。从单纯的角度来看，高效率的追求一直都是被市场与业者所期待的

7、。Current LED TechnologyAxial Intensity100101400 450 500 550 600 650 700Wavelength in nmSiC0.1GaInNGaInNGaInNGaP:NGaP:NGaAsPGaAsPGaAsPAl In GaPAl In GaPAl In GaPGaA I As(DH)半导体发光二极管工作原理半导体发光二极管工作原理发光二极管是由发光二极管是由-族化合物族化合物，如，如GaAs（砷化镓）、（砷化镓）、GaP（磷化镓）、（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心其核心是是PN结结。

8、因此它具有一般。因此它具有一般P-N结的特性，即结的特性，即正向导通，反向正向导通，反向截止、击穿特性截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在性。在正向电压正向电压下，电子由下，电子由N区注入区注入P区，空穴由区，空穴由P区注入区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）子（多子）复合复合而发光而发光。1.合适的半导体材料；合适的半导体材料；2.pn结的二极管器件结构；结的二极管器件结构；3.正偏压下注入电子正偏压下注入电子-空空穴穴对，提供发光所需能量；对，提供发

9、光所需能量；4.电子电子-空空穴穴复合，产生自发辐射，发射光子。复合，产生自发辐射，发射光子。注入式电荧光注入式电荧光假设发光是在假设发光是在P区中发生的，区中发生的，那么那么注入的电子与价带空穴直注入的电子与价带空穴直接复合而发光接复合而发光，或者先被发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，光。除了这种发光复合外，还还有些电子被非发光中心（这个有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合捕获，而后再与空穴复合，每，每次释放的能量不大，不能形成次释放的能量不大，不能形成可见光。可见

10、光。发光的复合量相对于发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光非发光复合量的比例越大，光量子效率越高量子效率越高。由于复合是在。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光少子扩散区内发光的，所以光仅在近仅在近PN结面数结面数m以内产生。以内产生。发光二极管中，电子发光二极管中，电子-空穴对的复合发光时一空穴对的复合发光时一种种自发辐射过程自发辐射过程，过程是随机的，每一对电，过程是随机的，每一对电子子-空穴对的复合过程同别的电子空穴对的复合过程同别的电子-空穴对的空穴对的复合过程没有关联，彼此是独立的复合过程没有关联，彼此是独立的LED的自发辐射复合过程表现出的自发辐射复合过程表现出光谱范围宽

11、、光谱范围宽、彼彼此相位不一致，没有偏振方向等特征此相位不一致，没有偏振方向等特征。Light Emitting Diode(LED)结结构与材料构与材料一、结构一、结构采用半导体工艺在衬低上制作p-n结结，然后制作Al电极电极，接着在半导体衬低一面蒸镀AuGe电极电极，制得芯片，封装芯片，焊到管座上，由超声波焊接或热压焊引出电极，最后涂覆透明的环氧树脂。其形状和折射率形状和折射率对LED发光有很大的影响半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型点接触型、面接触型和平面型面接触型和平面型三大类。点接触型二极管点接触型二极管 PN结

12、面积小，结电容小，因此不能通过较大的电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。(a)点接触型 二极管的结构示意图一般为锗管一般为锗管面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大（结电容大），可能通过较大的电流，但其工作频率较低，一般用作整流。(b)面接触型二极管的结构示意图一般为硅管一般为硅管平面型二极管平面型二极管 往往用于集往往用于集成电路制造艺中。成电路制造艺中。PN 结面积可大结面积可大可小，用于高频可小，用于高频整流和开关电路整流和开关电路中。中。(c)平面型二极管的结构示意图阴极引线阳极引线PNP 型支持衬底半导体二极管图片 p-n结注入式电致

13、发光机理 （结型电致发光结型电致发光）按照半导体材料不同形成的p-n结来进行电致发光的情况，可分为两类：同质同质p-n结注入式电致发光结注入式电致发光 异质异质p-n结注入式电致发光结注入式电致发光同质同质p-n结注入式电致发光结注入式电致发光带隙宽度处处相等，注入的载流子会无限制地扩散，带隙宽度处处相等，注入的载流子会无限制地扩散，形成的高浓度的电子形成的高浓度的电子-空穴对区域由少子的扩散长度空穴对区域由少子的扩散长度决定。因而，决定。因而，同质结同质结LED中，有源区（电子中，有源区（电子-空穴对空穴对复合区域）的宽度很宽复合区域）的宽度很宽，并且随着温度、偏压大小，并且随着温度、偏压大

14、小等因素而变化，使得发光效率受到很大的影响。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。采用异质结材料制成。异质异质p-n结注入电致发光结注入电致发光PNEc1Ev1EFEv2Ec2Eg1Eg2未加偏压下的PN结能带图PEg1Eg2NEg2Eg1Ec2Ec1Ev1EFp加正向偏压下的PN结能带图发光区注入源异质结的发光二极管中的有源区的宽度比同质结小得多异质结的发光二极管中的有源区的宽度比同质结小得多.两种限制可以提高载流子的注入效率、电子两种限制可以提高载流子的注入效率、电子-空穴空穴对

15、的浓度和发光效率对的浓度和发光效率二、材料二、材料LED对材料的要求：对材料的要求：1.Eg较大，因为晶体发光的较大，因为晶体发光的EmaxEg1.72ev，Eg大，则便于发能量较大的蓝光或绿光大，则便于发能量较大的蓝光或绿光2.纯度高，晶格完整性好，以减小非辐射复合纯度高，晶格完整性好，以减小非辐射复合3.直接带隙的半导体直接带隙的半导体，其跃迁效率高，其跃迁效率高4.能容易与能容易与Al、Au等金属形成良好的欧姆接触等金属形成良好的欧姆接触5.稳定性好，价格便宜稳定性好，价格便宜重要半导体的带隙重要半导体的带隙可见光（波长在可见光（波长在380nm紫光紫光780nm红光），半导体材料的红光

16、），半导体材料的Eg应在应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。对于LED材料的要求体现在LED特性上有二个重要的优质：一是外量子效率。另一个引入亮度一是外量子效率。另一个引入亮度B度效率：由视觉曲线查出的光：观察到的发光面积：结面积；：结电流密度（）发射光波长（L)/AJnm:)/(394122sjsjexAAmmcdALJABLED的制造工艺结型发光器件工艺和一般半导体器件相

17、似，但结型发光器件工艺和一般半导体器件相似，但由于它是发光器件，因此必须充分注意其电由于它是发光器件，因此必须充分注意其电学、光学特性的统一效果。学、光学特性的统一效果。半导体发光材料通常是用外延材料制作的，半导体发光材料通常是用外延材料制作的，GaAsP基片是由气相外延制造的，单晶晶片基片是由气相外延制造的，单晶晶片上切割下来的，而上切割下来的，而GaP和和AlGaAs则采用的液则采用的液相外延技术。相应的器件制作都是采用相外延技术。相应的器件制作都是采用n型型掺杂的材料，用掺杂的材料，用Zn扩散方法，进行局部受主扩散方法，进行局部受主扩散形成扩散形成pn结。结。平面结型平面结型LED工工艺

18、艺NGaAs（100）掺 P、Te外延NGaAs（100）NGaAs 1x PxSi3N4掩模NGaAs（100）NGaAs 1x Px Si3N4掩模 光刻Si3N4掩模NGaAs（100）NGaAs 1x Px Zn扩散NGaAs（100）NGaAs 1x Px LED的制作工艺的制作工艺蒸铝电极NGaAs（100）NGaAs 1x Px Al光刻Al电极NGaAs（100）NGaAs 1x Px AlNGaAs（100）NGaAs 1x Px Al蒸 金锗 电 极划片、测试选片、封装依器件结构和特性划分，依器件结构和特性划分，LED可以划分为表面出光可以划分为表面出光LED，端面出光，端

19、面出光LED和和超辐射发光二极管（超辐射发光二极管（SLED）（高亮度发光二极管）（高亮度发光二极管）表面发射边发射超辐射发光二极管（SLED）介于激光二极管（介于激光二极管（LD）和发光二极管（）和发光二极管（LED）之间）之间LED自发辐射自发辐射LD受激辐射受激辐射+光放大光放大SLEDSLED自发辐射自发辐射+光放大光放大电子电子-空穴对随机复合，产生相位、频率互不相同的光子，器空穴对随机复合，产生相位、频率互不相同的光子，器件中没有谐振腔结构，不能形成共振条件，不会有受激辐射件中没有谐振腔结构，不能形成共振条件，不会有受激辐射振荡。振荡。器件中注入的电流密度很高，引起足够高的增益，使

20、得自发器件中注入的电流密度很高，引起足够高的增益，使得自发辐射的光子数目急剧增多，产生雪崩式倍增。发光强度会随辐射的光子数目急剧增多，产生雪崩式倍增。发光强度会随着注入电流的增大而急剧增大，发光光谱的谱线宽度会变窄着注入电流的增大而急剧增大，发光光谱的谱线宽度会变窄一些。一些。LED（发光二极管）是利用化合物材料制（发光二极管）是利用化合物材料制成成pn结的光电器件。它具备结的光电器件。它具备pn结结型器件结结型器件的的电学特性电学特性：I-V特性、特性、C-V特性和特性和光学特光学特性性：光谱响应特性、发光光强指向特性、：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及时间特性以及热学特性热学特

21、性。LED的特性的特性1、IV特性特性其其正向正向IV特性与普通二极管大致相同特性与普通二极管大致相同以上一般在的反向击穿电压值得注意的是大时；小时为复合因子：玻尔兹曼常数开启点电流V51m2mI/1038.1K:)/exp(2300LEDImKJImKTevIIDiode V-I CharacteristicFor ideal diode,current flows only one wayReal diode is close to idealIdeal DiodeP-N Junction-V-I characteristicsVoltage-Current relationship fo

22、r a p-n junction(diode)2、BV特性和BI特性 LED的发光亮度B与电压V的关系，用下式表示：亮度）为起始亮度（开启点的00)/exp(BBKTevB LED的BI特性用下式表达：1m5.13.1mKIBm高时：低时：为比例系数IIK注意：发红光的注意：发红光的GaPGaP与上式不同，与上式不同，B B呈现饱和。呈现饱和。材料中心通过材料中心通过Zn-OZn-O对进行的，当少数载流子密对进行的，当少数载流子密度达到一定的数值时会使发光中心饱和，而发度达到一定的数值时会使发光中心饱和，而发绿光的绿光的GaPGaP中辐射复合时通过浅施主能级进行，中辐射复合时通过浅施主能级进行

23、，即使施主浓度很大也不会出现饱和。即使施主浓度很大也不会出现饱和。内量子效率内量子效率参数是表示器件转换效率的关，与人眼的视觉灵敏度有空穴对：激发时注入的电子数：辐射复合产生的光子：总的正向电流结的电流流过intTTintGNpn:INIFeFeIGI3、发光效率、发光效率载流子注入式电致发光若已知 e-h 的注入速率R 可算出光子发射速率（自发辐射）LEDp-n正向偏置intintint()rrnnRVVV光子流量内量子效率注入速率体积（光子数/s)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。：平均表面透射率：二极管的体积；：发射表面的面积器件的平均吸收

24、系数；avpavpoutTVATVGA:/1 N1intT外量子效率小于内量子效率外量子效率小于内量子效率一般，内量子效率可达一般，内量子效率可达50；而外量子效率；而外量子效率为为0.112%设射出的光子数目NT，注入的电子空穴对G，则 功率效率功率效率对理想的p-n结LED，V外全部加在p-n结上。但在实际上，在电极和LED接触处，LED半导体层本身都有电阻，称为串联电阻串联电阻Rs。（会耗去相当大的功率（会耗去相当大的功率，使器件发热，降低器件的性能），使器件发热，降低器件的性能）一般直接带隙-族化合物半导体LED中,Rs=13欧姆;间接带隙除-族化合物半导体LED,Rs=10欧姆.Rs

25、上的压降不影响量子效率上的压降不影响量子效率,但减小了功率效率但减小了功率效率.功率效率的可以表示为:jjjpintxexeVeVV:;:xRs,V:;I:j/(1)pintxeVV/(1)Rs0p0p0VjsjshhVI Rjj sVpnpnjI RhI R式中外加电压光学效率由于的存在 故结上的压降流过结上的电流其中为时的功率效率提高功率效率提高功率效率,则则RsRs下降下降,掺杂浓度升高掺杂浓度升高.单不能太高单不能太高(因为要影响因为要影响LEDLED的结晶完整性的结晶完整性),),一般取一般取10101818cmcm-3-3为宜为宜.a.选择适当的掺杂浓度选择适当的掺杂浓度在p-n结

26、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，可加大注入可加大注入电流使其饱和，扩散电流电流使其饱和，扩散电流jd开始起主要作开始起主要作用用。ddndpdndpjjjjj；与分别表示电子和空穴的扩散电流提高提高LED效率的途径效率的途径在红光GaP中，主要是jdn在p区的复合，要增加注入效率，就要提高jdn在全部扩散电流中的比例，因为施主杂质浓度（ND）大于受主杂质浓度（NA），要适当提高NA。但是NA和 ND不能太高，否则因缺陷过多造成过多的光子吸收，减少电子迁移率和增加空穴向N区注入，这些都会降低注入效率，所以N

27、A，ND 都有一个最佳值，一般都在1018cm-3这个数量级上。在在LED中，只有一种扩散电流对发光贡献大。中，只有一种扩散电流对发光贡献大。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：umxumcmxjoptNNNNNjopt5.2;1L;/700GaPLLln1LL，红光的；电子扩散长度。对发：吸收系数；）；式中（b.选择适当的结深选择适当的结深由于-族材料的折射率大折射率大（n34），即使垂

28、直入射到空气界面的光也有50的发射，与界面的法线大于16度（全反射临界角）的光完全发射回器件内部。ccos1excc.改进改进LED的结构的结构只有 c立体角内的光才能出射出器件之外，将c16.2度代入，得外量子效率约0.03,即到达表面的光只有3%左右可以出射出来。但是由于晶体本身在光的传输过程中还有很强的吸收作用，因而实际的外量子效率比计算值低。用球面发射表面结构用球面发射表面结构这种结构减小了界面发射，但使材料内部光程增大，对光有会聚作用，使光束集中。为了提高外量子效率，可采取下列措施：为了提高外量子效率，可采取下列措施：用折射率较大的介质做成圆顶光窗，以增用折射率较大的介质做成圆顶光窗

29、，以增大半导体内的全发射临界角。大半导体内的全发射临界角。LED发光的空间图案类朗伯发光体平面发光(S=1)球面发光抛物透镜)1(cosss 在在p-n结背面设置合适的反射面结背面设置合适的反射面，可以利用正面发出的光，也可以使后面的光得到有效的利用。反射面反射面电极与p-n结的欧姆接触处具有高的吸收系数，应减小接触面积，但会增加串联电阻应减小接触面积，但会增加串联电阻Rs和和降低热导降低热导，因而可采用折中的办法，用绝缘层（SiO2）覆盖在二极管表面，同时在其上开一小窗口作欧姆接触。采用此法的红光GaAsP的LED，其吸收系数由700/cm下降到230/cm,相应亮度提高了23倍。对于GaA

30、s红外LED，可采用掺硅将其辐射波长向长波长方向偏移以减小吸收损耗。选择适当的p-n结半导体材料，使发射光谱与视觉曲线有最大的重叠。矩形结构的LED，可采取折射率大，吸收小的透明材料封装LED，可增加出射光，对于GaAsP的LED用环氧树脂封装（nr 1.55),c=25.5度，出射光增加了1.45倍，用低熔点玻璃封装（nr 2.42.6)，则外发光效率可提高47倍。4、温度特性、温度特性温度上升，禁带宽度变小，载流子复合速率减小，亮度下降；温度增加1度，发光效率减小1，当LED消耗功率大，则结温上升，输出亮度下降，所以减小功耗，改良散热条件很重要。对GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由

31、于x不同，max620680nm，2030nm；对GaP（红）:max700nm，10nm；对GaP（绿）:max570nm，25nm。器件工作时的温度会影响发射光谱，随着温度升高，器件工作时的温度会影响发射光谱，随着温度升高，变变大，大，maxmax也会发生漂移也会发生漂移0.3o.4nm/度（红移），度（红移），在光通在光通信中是一个很重要的参量。信中是一个很重要的参量。5 5、发射光谱、发射光谱LED的发射光谱由半导体禁带宽度以及杂质浓度决的发射光谱由半导体禁带宽度以及杂质浓度决定。描述光谱分布的两个主要参量是峰值波长定。描述光谱分布的两个主要参量是峰值波长maxmax与半高宽与半高宽。

32、6、响应时间、响应时间在快速显示，快速调制时，器件对信息的反应速度，即对启亮和熄灭时间对启亮和熄灭时间有一定的要求，LED响应时间由以下因素决定：LED的上升（启亮）与的上升（启亮）与I有有关关随着I上升，启亮时间近似指数增长，这与发光中心和其它陷阱俘获载流子的情况有关；而LED的衰减与I无关，因为LED是少子注入的正向偏置的p-n结的自发辐射。响应时间与少子的寿命、结电容有关，但响应时间与少子的寿命、结电容有关，但是主要由是主要由寿命寿命决定。决定。LED的响应时间很短，主要是由于载流子的响应时间很短，主要是由于载流子的直接跃迁复合时间较短。的直接跃迁复合时间较短。对对GaP（间接）为（间接

33、）为100ns，GaAsP（直接）（直接）只有几个只有几个ns。7、寿命、寿命LED的寿命一般很长，j1A/cm2,寿命为106h，与j有关，近似表示为0062()exp(/)jt:10 mA/B tBtjBcm：起始亮度；：工作电流密度；：工作时间；老化时间常数,一般为影响LED寿命的因素有：表面漏电流的增加 象铜之类的沾污物的内扩散 在p-n结附近形成非辐射复合中心。对于前面两个因素，可采用合适的钝化、封装以及清洗技术予以消除，对于后一个原因可以在制作LED时尽量保证晶格的完整性，降低其缺陷密度，来达到缓解非辐射复合中心产生的速度，但不能完全消除。LED的特性的特性1极限参数的意义极限参数

34、的意义（1）允许功耗允许功耗Pm:允许加于允许加于LED两端正向直流电压与流过它两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。发热、损坏。（2）最大正向直流电流最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。发光二极管可正常工作的环境温度

35、范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。大大降低。2电参数的意义电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长。（2）发光强度发光强度IV：发光二极管在正向工作电流驱动下发出的光强。发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/球面度时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度。（4）半值角

36、半值角1/2和视角和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。（5）正向工作电流正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。（6）正向工作电压正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在 IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。LED显示器件常用材料性能显示器件常用材料性能1、GaAs：Eg1.43ev，直接带隙，max在红外线范围，不能直接用于显示。GaAs：Si max940

37、nm；GaAs：Zn max900nm近年来研制成功的将稀土荧光粉LaF3：Y：Er涂于芯片上，可将红外转移到绿光红外转移到绿光，这是利用多次连续机理原理实现的。选择适当的荧光粉可以得到气体颜色的光。其缺点是：发光不均匀，响应速度慢。其缺点是：发光不均匀，响应速度慢。2、GaP，Eg2.25ev，间接带隙间接带隙，这类器件有：max(nm)外量子效率（）颜色GaP:ZnO690315红光GaP：N、O5900.05黄光GaP：N5500.050.7绿光优点优点：透光性能好，颜色丰富，掺入不同的杂质，可发红、黄、绿光；缺点缺点：外量子效率低。现已采用合成熔融扩散技术和液相外延技术制成高效的绿色G

38、aP的LED.3、GaAs1-xPx由GaAs和GaP混晶制成，x：混晶比 Eg随x变化 x0.45 器件为间接跃迁型 掺N的GaAs1-xPx会使发光效率提高LED的分类的分类1按发光管发光颜色发光颜色：可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2按发光管出光面特征发光管出光面特征：按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按

39、直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。3按发光二极管的结构发光二极管的结构：按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流

40、发光强度和工作电流分分：普通亮度普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。LED的应用LED具有工作电压低工作电压低（13V），电流小电流小（几几十mA），响应速度快响应速度快（10-6 10-9s)，寿寿命长命长（105h），B高高，可与半导体集成电路匹配，工艺简单，能实现多路驱动等特点，因此可以在以下方面得到很好的应用：一、指示灯一、指示灯普通的钨丝灯耐振动性差、易破碎等问题，LED指示灯不断更新换代，其寿命在数十万小时

41、以上，而且功耗小，发光响应速度快，亮度高，小型耐振动等特点，在各种应用中占有明显的优势。常见的应用：电话、音响制品、家电制品、各种计电话、音响制品、家电制品、各种计测仪表以及集中控制盘等许多领域中，有着广泛的测仪表以及集中控制盘等许多领域中，有着广泛的应用应用。LED显示屏的应用领域显示屏的应用领域：证券交易、金融信息显示；机场航班等的动态显示等。二、数字、文字显示二、数字、文字显示实现数字、文字显示的方法有两种：1、单片集成法用集成电路工艺在一片基片上制成若干相互绝缘的LED管，可按8字字或矩阵排列，采用平面或台面工艺实现单片集成。此法的不足是：面积小；基片利用率低此法的不足是：面积小；基片

42、利用率低。2、混成法在绝缘片上装配相互分开的LED管或芯片，按吕字形吕字形或矩形排列，每一笔画可用单个或多个LED或芯片做成。此法的优点是：结构简单；可自行排列；成本较低此法的优点是：结构简单；可自行排列；成本较低。三、三、LED TV显示显示用作TV显示的GaP LED器件，采用混成器件结构。首先用液相外延技术制作高效率的GaP芯片，装配在陶瓷板上，芯片间距0.8mm，n区直接连接到金属带上，构成Y电极，p区的电极采用直径为0.04mm的金丝连接起来，构成X电极，每一个芯片有一镀金反射罩以提高亮度。四、LED Lighting复习思考题复习思考题：1.辐射复合与非辐射复合的过程？2.LED的发光机理（要求：能画出同质结与异质结注入发光的能带图；说明载流子注入以及发光的机理）3.发光二极管发光效率的定义，怎样才能提高LED的发光效率4.发光二极管显示器件有哪些特点？5.常用的LED材料有哪几种：他们各自有何特色？6.发光二极管的结构原理？