LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附三丰LED在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型[1]半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色,是由形成P-N结
材料决定的。 鉴于LED 的自身优势,目前主要应用于以下几大方面: (1)
显示屏、交通讯号显示
光源的应用LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点,广泛应用于各种室内、户外显示屏,分为全色、三色和单色显示屏,全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能,可靠性又高,所以在全国范围内,交通信号灯正在逐步更新换代,而且推广速度快,市场需求量很大,是个很好的市场机会。 (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短,需要经常更换。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车,减少汽车追尾事故,在发达国家,使用LED 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件,美国HP 公司在1996年三种颜色的LED灯推出的LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外,在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源,都可用超高亮度发光灯来担当,所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期,是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值,5 年内会形成每年30 亿元的产值。 (3) LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目,LED 作为LCD 背光源应用,具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点, 已广泛应用于电子手表、手机、BP 机、电子计算器和刷卡机上,随着便携电子产品日趋小型化,LED 背光源更具优势,因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED 是手机关键器件,一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED 器件,而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED 器件。现阶段手机背光源用量非常大,一年要用35 亿只LED 芯片。目前我国手机生产量很大,而且大部分LED 背光源还是进口的,对于国产LED 产品来说,这是个极好的市场机会。 (4)LED 照明光源早期的产品发光效率低,光强一般只能达到几个到几十个mcd,适用在室内场合,在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED 光源替代白炽灯和荧光灯,这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源,正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为" 照亮日本") ,头五年的预算为50 亿日元,如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯,每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 ×106kW 核电站的发电量,并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生,改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划[4]。 (5) 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋,走路时内置的LED 会闪烁发光,仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管;利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯,据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市,预计批量生产时每年需要3 亿只发光灯;正在流行的LED 圣诞灯,由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性,近期在香港等东南亚地区销势强劲,受到人们普遍的欢迎,正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。 (6)家用室内照明的LED产品越来受人欢迎,LED筒灯,LED天花灯,LED日光灯,LED光纤灯已悄悄地进入家庭! LED优点 LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。 一、体积小 LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。 二、耗电量低 LED耗电相当低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电能不超过0.1W。 三、使用寿命长 在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。 四、高亮度、低热量 http://bbs.ledwn.com LED技术论坛 LED使用冷发光技术,发热量比普通照明灯具低很多。 五、环保 LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。 六、坚固耐用 LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。LED灯高节能:节能能源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。 寿命长:LED光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻:LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保:环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。 高新尖:与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。 照明术语 http://www.ledwn.com/sell/ LED产品大全 波长:光的色彩强弱是可以通过数据来描述,这种数据叫波长。能见到的光的波长,范围在380至780nm之间。单位:纳米(nm) 亮度:亮度是指物体明暗的程度,定义是单位面积的发光强度。单位:尼特(nit) 光强:指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。单位:烛光(cd) 光通量:光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量(Φ)。单位:流明(Lm) 光效:光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位:每瓦流明(Lm/w)。 显色性:光源对物体呈现的程度,也就是颜色的逼真程度。通常叫做"显色指数"。单位:Ra。 色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。单位:开尔文(k)。 眩光:视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,所造成的视觉不舒适称为眩光,眩光是影响照明质量的重要因素。 同步性:两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的同步方式运行,同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。 防护等级:IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级,由两个数字所组成,第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵人的等级(分0-6级),第二个数字代表灯具防湿气、防水侵人的密封程度(分0-8级),数字越大表示其防护等级越高。 LED 发展 LED显示屏的发展可分为以下几个阶段:第一阶段为1990年到1995年,主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片,主要用在车站、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LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在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LED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LED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LED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LED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:元亨光电(yaham)、山木显示(skymax-display)、丽晶光电(Lightking)、洲明(Unilumin)、锐拓(Retop)、爱立德(aled)、联建光电(liantronics)、长方照明(cfled)、明尔杰(MejLed)、德彩光电(dicolor)、联森(lenson)、良辉光电(lhgd)、通普(TOP)、艾比森(absen)、艾斯威(aswei)、雷森(ledsun)、利亚德(leyard)、科美芯(SBC)、三思等。 LED分类 1、按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分,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分 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。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1;把φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4)。 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。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5°~20°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。通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。 (3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。 3、按发光二极管的结构分 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分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度100mcd);把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二极管。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)。 除上述分类方法外,还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 LED应用的相关产品 1.LED景观 2.LED室内 3.LED交通 4.LED汽车灯饰 5.LED广告/指示 6.LED显示屏 LED其它光电材料是指用于制造各种光电设备(主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等)的材料,主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。
红外探测材料
包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂(金、汞)、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料,锑化铟和碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料,特别是碲镉汞(Hg-Cd-Te)材料,是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。它可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围,还具有以光电导、光伏特及光磁电等多种工作方式工作的优点,但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点,Hg-Cd-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段,为了克服该材料上述的缺点,国际上探索了新的技术途径: (1)用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片,这些技术包括分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)和金属有机化合物气相淀积(MOCVD)等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜,用于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工艺重复性好的碲镉汞单晶薄膜,64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。 (2)寻找高性能新红外材料取代Hg-Cd-Te,主要包括:①Hg-Mn-Te和Hg-Zn-Te,美国和乌克兰等国从80年代中就开展了这方面的研究,研究表明,Hg1-xZnxTe和Hg1-x CdxZnyTe的光学特性和碲镉汞很相似,但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶,化学稳定性也更高。Hg1-xMnxTe是磁性半导体材料,在磁场中的光伏特性与碲镉汞几乎相同,但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。②高温超导材料,现处于研究开发阶段,已有开发成功的产品。 ③Ⅲ-V超晶格量子阱化合物材料,可用于8~14μm远红外探测器,如:InAs/GaSb(应变层超晶格)、GaAs/AlGaAs(量子阱结构)等。 ④SiGe材料,由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值,又与Si平面工艺相容,因此引起了微电子及光电子产业的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等,可自由调节材料的光电性能,开辟了硅材料人工设计和能带工程的新纪元,形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点:截止波长可在3~30μm较大范围内调节,能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低,目前利用多个SiGe层来解决这一问题。 〔6〕1996年美国国防部国防技术领域计划将开发先进红外焦平面阵列的工作重点确定为:研制在各种情况下应用(包括监视和夜间/不利气象条件下使用的红外焦平面阵列)的红外探测器材料,其中包括以如下三种材料为基础的薄膜和结构:具有芯片上处理能力的GgCdTe单片薄膜、InAs/GaSb超晶格和SiGe(肖特基势垒器件)。这三种材料也正是当前红外探测材料发展和研究的热点。
红外透波材料
主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等,它的最新进展和发展方向如下:(1)目前,在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁(MgF2)、人工蓝宝石和氮酸铝等,特别是多晶氟化镁,被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点之一,8~14μm长波红外透过材料有:硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硫化镧钙(CaLa2S4)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)和锗(Ge)等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料,在3~12μm范围,厚2mm时,平均透过率大于70%,无吸收峰,采取特殊措施,最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料,象美国的LANTRIRN红外吊舱窗口,Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种:热压法与化学气相淀积法(CVD),CVD法制备的材料性能较好。 红外透过材料发展的另一个重要方向是:耐高温红外透过材料的研究。高速飞行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的风砂雨水的冲刷和浸蚀,影响红外透过材料的性能,因此需要一系列新型的耐高温、具有综合光学、物理、机械、化学性能的新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000℃应具有下列特性:在使用波段内具有高透过,低热辐射、散射及双折射,高强度,高导热系数,低热膨胀系数,抗风砂雨水的冲击和浸蚀,耐超声波辐射等。最近研究较多的耐高温红外透过材料有镁铝尖晶石、兰宝石、氧化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物ALON等。镁铝尖晶石是近年来研究最多的最优秀的红外光学材料之一,它能在高温、高湿、高压、雨水、风砂冲击及太阳暴晒下仍保持其性质,因而是优先选用的耐高温红外透过材料,它可透过200nm到6μm的紫外、可见光及红外光。单晶监宝石也是一种耐高温红外材料,它可透过从远紫外0.17μm到6.5μm的红外光,用新研制的热交换法晶体生长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化钇的透过波长为8μm,在氧化钇中掺入氧化镧,材料强度提高30%,光学特性不变。由于高温下具有很高的硬度,所以它具有很好的抗冲击、抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。红外透过材料的第三个发展方向是:红外/毫米波双模材料,这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。目前,还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要求,高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。红外材料的应用:包括各种导d的制导、红外预警(包括探测、识别和跟踪、预警卫星、预警飞机、各种侦察机等)、观察瞄准(高能束拦截武器等)。
编辑本段激光材料
目前固体激光器正寻求在可见和近可见光谱范围波长可调,为此而发现的可调谐激光晶体已有30多种,其中,Cr3 离子掺杂新晶体具有较高受激辐射截面和低饱和能量密度,它们的波长范围是:Cr3 :LiCaAlF3为0.72~0.84μm、Cr3 :LiSrAlF6为0.78~1.01μm,特别是Cr:LiSAF,它的饱和能量密度为5J/cm2,在激光调谐范围,荧光寿命、激光效率、热透镜效应等方面具有良好的性能。
编辑本段军事应用
军用光电材料研究的目的是将研究成果应用于新一代高技术光电子装备系统,提高电子进攻和防卫综合电子战的能力。军用光电材料是军用光电子技术的重要基础,对军用光电子装备系统有重要的赋能和倍增作用。以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力,为航空、卫星侦察、预警提供重要手段,成像制导技术可大大提高导d的命中率和抗干扰能力。以新型固体激光材料为基础的激光测距、激光致盲武器和火控制系统等使作战能力大大加强。可调谐激光晶体为从可见光到红外波段可调谐激光系统提供工作物质可提高激光雷达、空中传感和水下探测等军用激光系统的领域监视、侦察能力。利用光纤材料、宽带、抗电磁和强核电磁脉冲干扰、保密、体积小、环境适应性强和抗辐照等优点,可实现地面武器系统无人远距离传感阵和有人控制站之间的GB/s级信息传输;舰船指挥可以通过光纤为远距离舰队发送信号,进行指挥;飞机将能发射光纤携绳的机载无人加强飞机或靶机;以往的武器有线制导将被光纤制导所取代;军用运载体的惯性导航系统将被光纤陀螺所取代;战略武器发射的C3I系统也将启用光纤C3I网络等等。总之,军用光纤系统的应用,将远远超越话音和低速率数据通信的范围,而进入传感、海上或空中武器平台及各种高速率传输系统。
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体是电子元件的主要原材料。它是由硅,砷,锗,镓等为半导体材料,它是介入导电体与绝缘体之间的一种化和物质,它是一切电子元件制作的最佳材料,它的导电性能随着温升而增强,恰恰与金属导体性能相反,用它制作的电子三极管,对电子频率能产生放大和缩小的功能。
扩展资料:
半导体材料光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。现阶段半导体材料的光伏应用已经成为一大热门 ,是目前世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要制作材料是半导体材料,判断太阳能电池的优劣主要的标准是光电转化率 ,光电转化率越高,说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同 ,太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池。
参考资料来源:百度百科-半导体
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