在1962年诞生的初始,LED仅仅激光技能的副产品,可是经过年月的打磨,它现已成为了照明业的王者。
回顾历史
1907年,英国马可尼(Marconi)实验室的科学家Henry Round第一次推论半导体PN结在必定的条件下能够宣布光。这个发现奠定了LED被创造的物理根底。
1927年,俄罗斯科学家奥列弗拉基洛谢夫(Oleg Vladimirovich Losev)独立制造了世界上第一颗LED,其研究成果曾先后在俄国、德国和英国的科学杂志上宣布,惋惜其时并没有人答理他。
1955年,美国无线电公司(RadioCorporation of America)33岁的物理学家鲁宾·布朗石泰(Rubin Braunstein)初次发现了砷化镓(GaAs)及其他半导体合金的红外放射作用并在物理上完成了二极管的发光,惋惜宣布的光不是可见光而是红外线,但这个奉献也很大了。
1961年,德州仪器公司(TI)的科学家鲍勃·布莱德(Bob Biard)和加里·皮特曼(Gary Pittman)发现砷化镓在施加电子流时会开释红外光辐射。他们首先出产出了用于商业用途的红外LED并获得了砷化镓红外二极管的创造专利。不久,红外LED就被广泛运用于传感及光电设备傍边。
1962年,美国通用电气公司(GE)一名34岁的一般研究人员尼克·何伦亚克(Nick Holonyak Jr.)创造了能够宣布赤色可见光的LED,被称为“发光二极管之父”,后来也获得了N多奖项。其时的LED还只能手工制造,并且每只的价格需求10美元。1963年,他脱离通用电气公司,出任其母校美国伊利诺大学电机工程系教授,培育自己的接班人。
1972年,何伦亚克的学生乔治·克劳福德(M. George Craford)踏着长辈们的脚步创造了第一颗橙黄光LED,其亮度是从前红光LED的10倍,这标志着LED向着进步发光功率方向迈出的第一步。
20世纪70年代晚期,LED现已呈现了红、橙、黄、绿、碧绿等色彩,但仍然没有蓝色和白色光的LED。因为只要创造出蓝光LED才或许完成全五颜六色LED显现,商场价值巨大,也是其时世界性的攻关难题。科学家们转而将要点放在了进步LED的发光功率上面。
20世纪70年代中期,LED可发生绿、黄、橙色光时,发光效为1流明/瓦,到了20世纪80年代中期对砷化镓和磷化铝的运用使得第一代高亮度红、黄、绿色光LED诞生,发光功率已到达10流明/瓦。
1993年,中村修二在日本日亚化学工业株式 会社(Nichia Corporation)上任期间,运用半导体资料氮化镓(GaN)和铟氮化稼(InGaN)创造了蓝光LED,在蓝光LED呈现之前,因为无法经过RGB体系组成白光,LED的光效、亮度也不高,LED无法运用于照明范畴。因而在1995年中村修二选用铟氮化稼又创造了绿光LED,在1998年运用红、绿、蓝三种LED制成白光LED,从此绿光与白光LED研制成功,标志着LED正式进入照明范畴,是LED照明开展最要害的里程碑。中村修二被称为“蓝光、绿光、白光LED之父”
1996年,日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的创造专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉,经过芯片宣布的蓝光与荧光粉被激活后宣布的黄光互补而构成白光。蓝色和白色光LED的呈现拓宽了LED的运用范畴,使全五颜六色LED显现、LED照明等运用成为或许。
21世纪初,LED现已能够宣布任何可见光谱色彩的光(还包含有红外线和紫外线)。其发光功率现已到达100流明/瓦以上。
发光机理
LED取自Light Emitting Diode三个字的缩写,中文译为“发光二极管”,具有二极管的特性。LED的心脏是一个半导体的晶片。晶片首要由P型半导体和N型半导体组成,不同资料的P型和N形半导体经正向电流作用下会宣布不同色彩的光。
长处和缺点
先说长处
1.节能,比白炽灯节能80%以上,比节能灯节能50%以上
2.体积小,重量轻,不怕轰动
3.光效高,是白炽灯15m/w的8倍,是荧光灯50 Lm/w的2倍多
4.光色可选择,LED光源的发光色彩和色温都能够灵敏运用
5.方向性好,LED发光视点能够灵敏调整
6.环保:没有节能灯所含的汞等有害物质
7.冷光源无紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射。
8.寿数长,寿数可达5万-10万小时比传统光源寿数长10-50倍以上。
9.呼应速度快,纳秒级。
1.散热问题,LED在电致光的进程中别的一部分能量转化成热量,如无法及时散宣布去,PN结的结温将会升高,加快芯片和封装树脂的老化,使芯片失效,影响LED的运用寿数与发光体现
2.防水功能差,是野外运用的一个丧命缺点光源内部吸水后内部金属氧化影响输出或发生内应力、荧光粉吸潮变色,光色漂移
3.本钱较高。光源。散热器。电源。高透灯罩/透镜/反射罩。四者本钱团体推高LED本钱
4.需求驱动器供给恒流电源,驱动器寿数是影响灯具寿数的重要因素
5.半导体器材,对静电影响比较灵敏,易被静电击穿PN结导致漏电流或死灯
与传统光源比较
LED的特性
LED作业电压一般在2-3.9V之间。(不同光色的LED压降不一样):绿色-3.3-3.9V;蓝色、宝蓝色-3.1-3.9V;赤色、琥珀色、橘赤色、-2.1-2.5V。LED的作业电流会跟着供给电压的改变而发生较大的动摇,所以LED一般要求作业在恒流驱动状况。LED具有单导游通的特性(电流只能从二极管的正极流入,负极流出)。LED的光输出会因应其输入的电流而发生改变。LED的光输出深受其作业温度的影响。
LED芯片
LED芯片是半导体发光器材LED的核心部件,它首要由砷(AS)。铝(AL)。镓(Ga)。铟(IN)。磷(P)。氮(N)。锶(Si)这几种元素中的若干种组成。
出产进程
一般将LED的出产分为上、中、下流三部分。
1.制造成单晶棒,再将单晶棒用钻石刀切成薄片(首要有蓝宝石和、SiC、Si)长晶炉成长-掏取晶棒-滚磨-品检-切片-研磨- 倒角-抛光-清洗-品检-OK。
2.外延片出产-运用MOCVD金属有机化学气相淀积等办法在单晶衬底在上面磊晶衬底 – 结构设计 – 缓冲层成长- N型GaN层成长-多量子阱发光层生- P型GaN层成长–退火-检测(荧光、X射线)-外延片。
3.芯片出产-在外延片上制造电极(PN电极)并对制品进行切开分选等外延片活化-蚀刻-蒸镀-PN电极制造-保护层-上焊盘-研磨抛光-点测-切开-扩张-目检-包装。
1.上支架-点底胶-放芯片-烘烤固晶-金丝键合-模具灌胶-插支架-离模-后固化-切脚 -测验-光色分选-包装(草帽管、食人鱼等)。
2.上支架-点底胶-放芯片-烘烤固晶-金丝键合-点荧光胶-外壳灌封-测验-光色分选-包装(大功率LED)。
下流:LED光源的运用
光源模组、代替光源、灯具、灯条灯带、广告灯箱、灯火工程、家居装饰、显现屏、轿车尾灯植物成长、医疗、手机笔记本电视的背光源等等。
LED芯片品种
LED的封装
首要有三种封装方法
1. 环氧树脂封装工艺:
长处:密封性好、 抗震性强、 防护才能好、本钱低。
缺点:散热作用欠安、耐黄变才能弱、应力大、抗紫外才能弱,焊接温度过高易开裂。故首要作为普光LED外封胶。
2. 硅树脂封装工艺:
长处:高折射率,高透光率,密封功能优于硅胶,散热才能介于环氧树脂和硅胶之间,具有树脂和硅胶的部分特性。
缺点:应力较硅胶大,防潮或焊接不妥易呈现胶裂/分层硅树脂因为价格昂贵,首要作为高亮度级白光LED外封胶。
3. 硅胶封装工艺:
长处:热膨胀系数小,散热功能好、应力较小、紫光才能强、回流焊时不容易胶裂、耐黄变才能强。
缺点:密封性欠安、防护才能弱、抗震性差,具有透氧透湿特性,用于野外时需对灯体结构进行二次防护处理硅脂相对价格较贵,首要作为对光衰有要求的白光LED封胶。
头疼的散热问题
LED在作业进程中会放出很多的热,使结温敏捷上升,热阻变大。输入功率越高,发热效应越大。温度的升高将导致器材功能改变与衰减,非辐射复合添加,器材的漏电流添加,半导体资料缺点增加,金属电极电搬迁,封装用环氧树脂黄化等等,严重影响LED的光电参数。乃至使功率LED失效。因而,关于LED器材,降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。
配光能够操控LED灯具的照耀规模,照耀方向,估量有用装置高度、射程(当然跟光源有联系),照耀规模里的大约照度怎么、照明环境的布光作用等。