发光二极管综述

1、发光二极管综述电子发光书管的发展发光二极管显示年，主要是亜旦单色和16级:第一阶段为1和简单图片，主0年到1995发光二极管的定义发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED（light-emittingdiode）。由镇（Ga）与打申（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，

2、在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。磷申化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。其工作原理图如下：空穴电流流过结合部金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将发光二极管显示屏提升到了一个新的台阶。发光二极管显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在

3、此时由国内企业开发出来并得以应用。第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝发光二极管管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色发光二极管生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。随着发光二极管原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色发光二极管显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划，利亚德开发了表面贴装双基色

4、显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。就市场而言，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为发光二极管显示屏产业发展的新契机。国内发光二极管显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国产发光二极管显示屏的市场占有率近95%。国际上发光二极管显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。发光二极管的特性参数IF值通常为20mA被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流，设定不同的值用以测试二极管的各项性能参数，具体见特性

5、曲线图。IF特性：以正常的寿命讨论，通常标准IF值设为2030mA，瞬间（20ms）可增至100mA。2.IF增大时LAMP的颜色、亮度、VF特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件，IF值增大：寿命缩短、VF值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变，与相关参数间的关系见曲线图；1.VR（LAMP的反向崩溃电压）由于LAMP是二极管具有单向导电特性，反向通电时反向电流为0，而反向电压高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用“VR”来表示。VR特性：1.VR是衡量P/N结反向耐压特性，当然VR赿高赿好；VR值较低在电路中使用时经常会有反

6、向脉冲电流经过，容易击穿变坏；VR又通常被设定一定的安全值来测试反向电流（IF值），一般设为5V；红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到2040V，蓝、纯绿、紫色等晶片反向电压只能做到5V以上。2.IR（反向加电压时流过的电流）IR特性：二极管的反向电流为0，但加上反向电压时如果用较精密的电流表测量还是有很小的电流，只不过它不会影响电源或电路所以经常忽略不记，认为是0。1.IR是反映二极管的反向特性，IR值太大说明P/N结特性不好，快被击穿；IR值太小或为0说明二极管的反向很好；2.通常IR值较大时VR值相对会小，IR值较小时VR值相对会大；3.IR的大小与晶片本身和封装制程均有关系，制程主要体

7、现在银胶过多或侧面沾胶，双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使IR增大。3.IV（LAMP的光照强度，一般称为LAMP的亮度）指LAMP有流过电流时的光强，单位一般用毫烛光（mcd）来衡量，由于一批晶片做出的LAMP光强均不相同，封装厂商会将其按不同的等级分类，分为低、中、高等多个等级，而LAMP的价格也与其亮度大小有关系。同一亮度LAMP顺向电流赿大，亮度赿高。亮度还跟角度有关系，同样物料角度赿大亮度赿，角度赿小，亮度赿高，所以要求亮度的同时要考虑到角度的大小。4.W/D（主波长，单位是nm，纳米）LAMP正常工作时的颜色特性，颜色特性具体见LAMP介绍中的颜色分类，通常用W/D来衡量

8、颜色的变化特性，在电流和温度不同的情况下主波长测试值均不相同的，封装厂商会按相同的条件将W/D按不同的等级分类。e（半功视角，单位是“度”发光管LAMP发光强度为一半时所对应的角度。角度的大小与晶片体积的乳顺向电圧与顺狗粵逐大小、支架碗杯的角度、杯深、模粒的球面直径、卡点等有关系。角度赿大照出的光圈赿大，反之赿小。LAMP的特性参数关系曲线如右：乩反向电屋与反向帧10-tepsityfrcPPap贰网山p苗53VfWVtF曲33.沁简颐与潼怅fHUECrim4IF佔vrrvi4毗血直狐向电海勻佝电庇1.液向电瀟与亮度C.I.E光谱图X、Y是指在世界标准光谱图(C.I.E)中对应的值，它可以衡量

9、颜色的属性(颜色的种类和掺杂特性)。如标准白光的X、Y对应值为：0.33，蓝色对应的X为0.2,Y为0CIE光谱图如图：C1E1931CHROMATICITYDIAGRAM轻1Mlf#发光二极管性能指标是整个发光二极管的核心部分，只有了解它的性能指标,才能深度的了解发光二极管大致可分为以下几方面的内容:发光二极管的颜色:发光二极管的颜色是一个很重要的一项指标，是每一个发光二极管相关灯具产品必须标明，目前发光二极管的颜色主要有红色，绿色，蓝色，青色，黄色，白色，暖白，琥珀色等其它的颜色，因为颜色不同，相关的参数也有很大的变化。发光二极管的电流:发光二极管的正向极限(IF)电流多在20MA，而且发

10、光二极管的光衰电流不能大于IF/3，大约15MA和18MA。发光二极管的发光强度仅在一定范围内与IF成正比，当IF20MA时,亮度的增强已经无法用内眼分出来。因此发光二极管的工作电流一般选在17-19MA左右比较合理。前面所针对是普通小功率发光二极管(0.04-0.08W)之间的发光二极管而言，但有些发光二极管除外(有些在40MA左右的额定值)。除着技术的不断发展，大功率的发光二极管也不断出现如0.5W发光二极管(IF=150MA)，1W发光二极管(IF=350MA)，3W发光二极管(IF=750MA)还有其它更多的规格。发光二极管的电压:我们通常所说的是发光二极管的正向电压，就是说发光二极管

11、的正极接电源正极，负极接电源负极。电压与颜色有关系，红、黄、黄绿的电压是1.8-2.4v之间。白、蓝、翠绿的电压是3.0-3.6v之间，可能同样一批发光二极管的电压会有一些差异，要根据厂家提供的为准。在外界温度升高时，VF将下降。发光二极管的反向电压VRm: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。发光二极管的色温:以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色

12、对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。不同光源环境的相关色温度。发光二极管的应用与研发今天，LED技术的发展创造了一个全新的LED产业，无数LED技术应用在汽车、消费电子产品、普通照明、标志和交通灯、移动和便携式计算机以及传感器和通信等系统中。LED产业的发展非常类似于计算机芯片产业，其效率和光输出呈指数增长，自20世纪60年代起大约每36个月翻一番。为了更好地理解LED技术的生态系统,可以把LED产业分为4个不同的区域。第一区域是制造LED器件本身，包括制造晶圆、LED芯片、LED封装等。这一部分是整

13、个LED产业的基石，因而竞争非常激烈。这一区域包括了几乎所有的顶级LED厂商，如克里（Cree）、日亚（Nichia）、欧司朗（Osram）、飞利浦（Philips）、丰田合成（ToyodaGosei）、首尔半导体公司（SeoulSemiconductor）和其他一些公司。第二区域是制造对LED器件至关重要的外围材料和元件，如荧光粉、封装材料、驱动器、控制器和热管理组件等。这一区域中的公司包括一些在第一区域的公司，但也包括一些只提供外围材料和元件的其他公司。第三区域的公司通常只为其他LED公司提供设备和工具，从测试和测量设备到晶圆和芯片的制造设备。这些公司往往不涉及LED产业的其他区域。在第四

14、区域的是系统集成公司，他们制造以LED为基础的系统，诸如液晶电视、手机、手提电脑、交通灯、灯具、加装灯泡、汽车灯组件、传感器、通信系统以及医疗设备等。这一区域的公司可以蔓延到几乎所有需要光源的行业，并且公司数目还在不断增长。在这部分领先的公司包括通用电气、西门子、飞利浦和霍尼韦尔（Honeywell）等。另外，一些液晶电视制造商，例如台湾的奇美和友达光电公司近年来也加入了第一区域，而成了LED器件的制造商。然而，即使经历了巨大的增长和发展，LED产业远未成熟。新的技术和应用以及新的投资，都使LED产业保持着快节奏的发展。目前，LED技术的研发大部分集中在高功率LED、高能源转换效率、新材料（如

15、硅衬底）LED显示技术、有机发光二极管（OLED）技术和纳米技术（如量子点LED）上。可以预见，一些在这些领域获得领先地位的公司将在LED行业的竞争中占有极为有利的位置。显然，知识产权（IP）在LED产业的创新和竞争中发挥了重要的作用。许多国家、地区和公司都鼓励在主要市场中获得专利，保护与LED相关的知识产权。例如，在国家、地区方面，过去5年总计6714项与LED技术相关的、已颁布的美国专利中，美国以2422项专利处于领先地位，其次是日本1090项、台湾972项、韩国700项、德国279项、中国114项、荷兰65项、加拿大61项、法国51项和英国47项。以时间作为参考坐标，2000年至2010

16、年间，每年颁布的美国专利数在不断增加。2000年至2010年的具体数量分别为：505、610、636、803、875、896、1237、1277、1362、1496和1342。由于目前离2010年结束还有4个月，因而2010年的数量应该更高。这些数据显示了专利申请的趋势仍是向上发展，将来在LED产业中有更多的创新。将LED行业的优秀企业作为分析目标，可以看到，三星（Samsung）以536项美国专利而名列首位，其次是飞利浦286项、伊斯特曼柯达（EastmanKodak）209项、日亚152项、欧司朗140项、施乐（Xerox）117项、晶电（Epistar）115项、国际商用机器公司（IBM

17、）112项、克里110项、罗门哈斯（Rohm）92项、鸿海（HonHai）92项、丰田合成78项、冲电气（Oki）57项、通用电气53项、建兴（Liteon）45项和首尔半导体32项。这些公司近来很多专利交叉授权的交易进一步表明了拥有在LED技术领域的优质专利的重要性。就市场而言，中国加入WT0、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的新契机。国内LED显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近95%。国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地，我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30家左右。目前，经过中国政府对LED产业化的积极推动，国内LED显示屏的生产技术基本与世界同步，国内知名品牌有：奥力兴（