LED技术及应用

技术分类: 电源技术  消费电子设计  | 2006-11-21
来源:无线电技术 | 张宇哲

                      LED的基本结构

  

                                                                   LED的基本结构

  LED的制作过程与制作矽晶圆IC很相似,首先使用化学周期表中超高纯度的III族元素——铝(Al)、镓(Ga)、铟(In),以及V族元素——氮(N)、磷(P)、砷(As)为材

料,在高温下反应成为化合物,经过单晶生长技术,制成单晶棒,经过切割、研磨、抛光成为晶片,再将其作为基板(substrate),使用磊晶技术将发光材料生长在基板上,制成的磊晶片经过半导体镀金和蚀刻工艺後,通过细切加工成LED晶粒。

  值得注意的是,除了大家常见的可见光外,LED还有不可见光,如“紫外光”与“红外光”等,例如电视遥控器就是一种红外光应用,其波长约为900nm,而紫外光则因为具有杀菌功能,所以被广泛应用在医疗用途上。

  LED主要向大功率和小体积两个方向发展
                            LED主要向大功率和小体积两个方向发展

  (1)提高发光强度及发光效率

作为指示灯方面的应用,有几个mcd的发光强度也可以了,但由LED组成的数码管或字元管则显得亮度不足,若要用於户外作信号或标显示,则其亮度太低,不能满足使用的要求。所以LED的主要发展方向是提高发光强度(也就是一般所指的提高亮度)。

  InGaAlP和nGaN LED晶片发光效率的演变

  InGaAlP和nGaN LED晶片发光效率的演变。其中,a为InGaN蓝光LED,b为InGaN绿光LED

  随著半导体材料及半导体工艺技术、设备的发展,LED的亮度不断提高,开发出高亮度及超高亮度LED,并且不断创造新记录。以Φ5标准封装、发红光、视角差别不大的LED为例,不同生产年份LED的发光强度如表1所示。

  表1 不同生产年份LED的发光强度比较

  不同生产年份LED的发光强度比较

  

  从表1可以看出,近30年LED的发光强度提高了8000倍左右。1969-1987年LED的发光强度是很低的,发展很慢,但1994-2005年LED的亮度有很大的发展。表1列出的并非发光强度最高的。例如,在GaAs的衬底上采用AlInGaP工艺技术制成的Φ5、红光LED,在小视角4°、50mA工作电流时,其典型发光强度为20000mcd。

                以GaAs为衬底的LED结构

                                                  以GaAs为衬底的LED结构

  LED另一个重要性能指标是发光效率η,用lm/W来表达。各年份生产的LED发光效率如表2所示。从表2可以看出,这30多年来,LED的发光效率提高了250倍以上。1970-1990年LED发光效率提高较慢,1990-2005年则提高较快。例如,Cree公司生产的1W白光LED XL7090WHT,其发光效率可达60lm/W。

  表2不同生产年份LED的发光效率比较

  不同生产年份LED的发光效率比较

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