紅綠光LED畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要LED的發(fā)展由來已久，和半導(dǎo)體雷射組件的發(fā)展幾乎同步。雖然近年來，LED已發(fā)展成獨(dú)立的一支龐大工業(yè)，在早期甚至可謂半導(dǎo)體雷射的附屬產(chǎn)品。迄今為止，無數(shù)的高功率﹑高傳輸效果的半導(dǎo)體雷射已成熟的將信號(hào)經(jīng)由越洋海底光纜傳送到目的地，而這種先進(jìn)技術(shù)衍生出。發(fā)光組件可以產(chǎn)生光源，就可以設(shè)計(jì)成可見光的型式，應(yīng)用于信號(hào)判別﹑數(shù)字顯示，甚至于影像處理或顯示屏，LED漸漸的獨(dú)立而自成一體系。LED（LightEmittingDiode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著在一個(gè)支架上，是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)（光的顏色），是由形成P-N結(jié)材料決定的。本課題學(xué)習(xí)了LED的概述、歷史背景、光學(xué)參數(shù)、色學(xué)參數(shù)、電學(xué)參數(shù)、LED的應(yīng)用與發(fā)展、輻照效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)紅光、綠光LED的光電特性分析，如輻射通量及光電轉(zhuǎn)換效率和I-V的特性曲線。對(duì)6種電極即環(huán)形電極1、環(huán)形電極2、環(huán)形電極3、旋轉(zhuǎn)形電極、中心環(huán)繞形電極、樹形電極，對(duì)其進(jìn)行不同劑量的60Co源伽瑪輻照，分別給予2×105rad(Si)、8×105rad(Si)、1.6×106rad(Si)、3.2×106rad(Si)4種吸收劑量并對(duì)輻照后的結(jié)果進(jìn)行光、色參數(shù)的測(cè)試與分析。關(guān)鍵字：GaN發(fā)光二極管電極結(jié)構(gòu)輻照目錄摘要 I第一章緒論 11.1LED概述 11.2LED歷史背景 21.3LED應(yīng)用前景 31.4LED的光源特點(diǎn) 61.5制作LED的半導(dǎo)體材料 71.5.1直接帶隙與間接帶隙材料 81.5.2GaN基LED和四元系LED 101.6LED相關(guān)光色電參數(shù)解釋 111.6.1光學(xué)參數(shù) 111.6.2色學(xué)參數(shù) 121.6.3電學(xué)參數(shù) 121.6.4LED其他相關(guān)參數(shù) 141.6.5ＬＥＤ光色測(cè)量的必要性 151.7LED輻照 15第二章6種優(yōu)化電極在不同輻照劑量下的光、色測(cè)試分析 182.1光參數(shù) 182.2色參數(shù) 19第三章總結(jié) 21致謝 23參考文獻(xiàn) 24第一章緒論1.1LED概述LED（LightEmittingDiode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。圖1.1-1LED構(gòu)造圖（如圖1.1-1）（如圖1.1-2）[1]圖1.1-2LED發(fā)光原理1.2LED歷史背景二十世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見的紅光LED。磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。到70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵蕊片（一個(gè)紅色另一個(gè)是綠色）能夠發(fā)出黃色光。就在此時(shí)，俄國(guó)科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。80年代早期到中期對(duì)砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀(jì)90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光銦氮鎵Led。超亮度藍(lán)光蕊片是白光LED的核心，在這個(gè)發(fā)光蕊片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自蕊片上的藍(lán)色光源再轉(zhuǎn)化為白光。就是利用這種技術(shù)制造出任何可見顏色的光。現(xiàn)今，在LED市場(chǎng)上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。有科學(xué)思想的讀者到現(xiàn)在可能會(huì)意識(shí)到LED的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的歷史過程。事實(shí)上，最近開發(fā)的LED不僅能發(fā)射出純紫外光而且能發(fā)射出真實(shí)的“黑色”紫外光。眾所周知，近兩年來國(guó)內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)可謂是井噴式發(fā)展。然而，在這火熱的發(fā)展大勢(shì)中，LED照明行業(yè)投資過熱的跡象明顯，同時(shí)，LED行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象開始顯現(xiàn)。廣日電氣總經(jīng)理吳文斌告訴記者，同樣功率的LED照明產(chǎn)品成本是傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的3～4倍，但是市場(chǎng)上大量粗制濫造的LED照明產(chǎn)品卻以低價(jià)搶占市場(chǎng)，極大降低了消費(fèi)者的信任度。根據(jù)國(guó)家淘汰白熾燈路線圖，從今年起，我國(guó)照明行業(yè)將加速邁入“節(jié)能時(shí)代”。政府的千億采購大單及補(bǔ)貼政策也紛紛出臺(tái)。然而，LED照明產(chǎn)品在我國(guó)市場(chǎng)的普及速度卻未跟上利好政策的腳步。如何在發(fā)展上突破困局，搶占市場(chǎng)先機(jī)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的循環(huán)發(fā)展，是值得思考的問題。東莞勤上光電(002638,股吧)股份有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，可以在LED核心技術(shù)攻關(guān)上求突破，整合資源優(yōu)勢(shì)，降低LED產(chǎn)品價(jià)格，推動(dòng)產(chǎn)品的普及。為此，勤上光電不久前推出了“工廠孵化計(jì)劃”，將10多年在LED照明產(chǎn)業(yè)的成功探索經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、規(guī)?；慨a(chǎn)能力、商業(yè)模式及上市運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)等與合作商共享。勤上光電相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，國(guó)內(nèi)LED照明行業(yè)頻頻出現(xiàn)產(chǎn)品抽查合格率偏低等質(zhì)量問題，主要根源之一就是國(guó)內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)缺少標(biāo)準(zhǔn)。截至目前，LED在中國(guó)已經(jīng)歷了20年的發(fā)展歷程，但國(guó)內(nèi)仍然缺乏被業(yè)界認(rèn)可的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)人士分析，標(biāo)節(jié)能環(huán)保準(zhǔn)缺失造成LED照明市場(chǎng)的奇怪現(xiàn)象，做高端LED照明產(chǎn)品的公司反而會(huì)“吃虧”，因?yàn)榈投水a(chǎn)品可以通過低價(jià)輕易拿到項(xiàng)目，這對(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說是十分不利的。作為全國(guó)LED大省的廣東一直走在探索LED行業(yè)發(fā)展的前沿，2011年，廣東省質(zhì)監(jiān)局和省科技廳聯(lián)合發(fā)布了亞洲首個(gè)《LED照明產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃與路線圖》，規(guī)劃廣東省在5年內(nèi)要率先建立130余項(xiàng)LED地方標(biāo)準(zhǔn)，而且標(biāo)準(zhǔn)“起點(diǎn)要高”。要制定標(biāo)準(zhǔn)，而且是高起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)的整體水平就必須先提上去。勤上光電相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，勤上光電將聯(lián)合合作企業(yè)，在LED照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究、制定、使用和服務(wù)等領(lǐng)域開展非營(yíng)利性技術(shù)合作，達(dá)成行業(yè)共識(shí)，從而為促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)的制定起到推動(dòng)作用，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。1.3LED應(yīng)用前景LED是近年來全球最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，LED具有壽命長(zhǎng)、耗能少、體積小、響應(yīng)快、抗震抗低溫、污染小等優(yōu)點(diǎn)，被稱為第四代照明光源或綠色光源，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次標(biāo)志性飛躍，將孕育新的光源革命。隨著LED高效節(jié)能技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其全面取代傳統(tǒng)光源已為時(shí)不遠(yuǎn)。目前我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了四大片區(qū)(珠三角、長(zhǎng)三角、福建江西地區(qū)、北方地區(qū))、七大基地(大連、上海、深圳、南昌、廈門、揚(yáng)州、石家莊)的產(chǎn)業(yè)格局，形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用等方面獲得飛速發(fā)展。目前，LED在發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光效率、壽命等方面都得到了極大提高,并迅速商業(yè)化，在圖像顯示、信號(hào)指示和照明領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)今照明技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。理論上認(rèn)為L(zhǎng)ED的壽命可長(zhǎng)達(dá)105～106h，即在連續(xù)點(diǎn)燃的情況下可達(dá)10多年甚至100年，人一輩子也用不壞一盞燈。但是，從1996年第一個(gè)白光LED誕生至今的時(shí)間不過10余年，如何能確定LED的壽命可達(dá)106h呢?LED的實(shí)際壽命成為業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的問題之一[2]。隨著LED發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度的逐漸提高，以及發(fā)光光色對(duì)整個(gè)可見光譜范圍的全覆蓋，LED光源的節(jié)能效果和實(shí)用性得以凸顯，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到了較大的拓展。目前LED尤其是高亮度LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于液晶屏背光源、戶內(nèi)外大屏幕、光通信光源、交通信號(hào)燈、景觀燈、汽車燈，并逐漸進(jìn)入路燈、室內(nèi)照明等傳統(tǒng)照明應(yīng)用領(lǐng)域。LED被稱為綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、反應(yīng)速度快、耐震性佳、色彩純度高等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于電視、監(jiān)視器、手機(jī)等的背光;汽車照明;各種功能性照明、景觀亮化照明、商業(yè)及民用照明;廣告指示、交通指示等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)光源白熾燈和節(jié)能燈相比，具有壽命長(zhǎng)、光效高、光色純、穩(wěn)定性高、安全性好、無輻射、低功耗、抗震、耐擊打等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)新固體光源時(shí)代的革命性技術(shù)。一、二、三、[3]1.4LED的光源特點(diǎn)據(jù)DisplaySearch近日臺(tái)灣油電雙漲，讓節(jié)能產(chǎn)業(yè)再度成為熱門話題，主要環(huán)繞在太陽能和LED兩個(gè)行業(yè)。較于太陽能而言，LED從節(jié)能角度而言是屬于積極型節(jié)能產(chǎn)品。太陽能的使用受限于地理環(huán)境以及日照強(qiáng)度，無法提供全局性的節(jié)能，尤其是臺(tái)灣地區(qū)人稠地窄,不利于太陽能安裝，因此在臺(tái)灣最佳的節(jié)能方式還是LED。身為次世代照明的LED，其發(fā)光效率逐年提升且價(jià)格也相應(yīng)下降，再加上各國(guó)政府對(duì)于節(jié)能減碳的重視，可預(yù)期在不久的將來LED可逐步取代現(xiàn)有的光源。綜觀LED的發(fā)展過程，2002年起LED從小尺寸顯示器(主要應(yīng)用在手機(jī)上)開始滲透，在2005年達(dá)到高峰。但是隨著效率的提升，單位顯示器使用的LED顆數(shù)也逐漸減少。當(dāng)手機(jī)成長(zhǎng)趨于飽和狀態(tài)下，LED總需求量便開始下滑。在此時(shí)LED便開始尋找下一個(gè)應(yīng)用：中尺寸顯示器。隨著性價(jià)比的不斷提升，LED于2007年在中尺寸顯示器的需求達(dá)到飽和，與先前小尺寸一樣LED需求開始往下。LED開始進(jìn)入到另一個(gè)應(yīng)用：筆記本電腦顯示器，并于2009年底開始進(jìn)入電視顯示器的應(yīng)用。隨著LED在大尺寸顯示器的廣泛應(yīng)用，LED的性能已經(jīng)提升到每瓦100流明以上，而價(jià)格也快速下降，此趨勢(shì)對(duì)于LED在照明應(yīng)用的發(fā)展有著無比的助力。2009年LED電視銷售高于預(yù)期，導(dǎo)致LED需求急速上升，而供給端卻來不及跟上腳步，因此出現(xiàn)供不應(yīng)求的熱況。此熱況讓LED廠享受了一段美好的時(shí)光，但也讓LED廠對(duì)未來需求過度樂觀。各廠無不在2009到2010年積極擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)能陸續(xù)于2010年下半年開出，但卻發(fā)現(xiàn)整體需求并不如預(yù)期。主要原因還是終端產(chǎn)品廠商為降低成本，均以降低LED使用顆數(shù)為主要手段;再加上效率持續(xù)提升，在產(chǎn)品輝度規(guī)格不變的條件下，LED顆數(shù)的減少是必然的趨勢(shì)，加之全球經(jīng)濟(jì)不佳，市場(chǎng)成長(zhǎng)不如預(yù)期。因此LED供需于2010年下半年開始出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，供過于求的現(xiàn)象開始趨于嚴(yán)重，甚至與DRAM、Display及Solar被歸為“3D1S”四大慘業(yè)。

LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了2011年的低潮，均期待2012年能夠在低價(jià)直下式電視以及照明的兩大[4]光源特點(diǎn)：（1）效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%；（2）適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境；（3）穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50%；（4）響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)；（5）對(duì)環(huán)境污染：無有害金屬汞；（6）顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色；（7）電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所[5]；1.5制作LED的半導(dǎo)體材料前面已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹了LED的發(fā)光原理，發(fā)光二極管自發(fā)性的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，多以Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體為材料。圖1.5-1示出的是Ⅲ-Ⅴ及Ⅱ-Ⅵ族元素的帶隙與晶格常數(shù)的關(guān)系。由圖可知，這些材料的發(fā)光范圍由紅光到紫外線，目前紅光的材料主要有AlGaInP，而藍(lán)綠光及紫外線的主要材料則有AlGaInN。雖然Ⅱ-Ⅵ族材料也可以得到紅光和綠光，但是這族材料極不穩(wěn)定，所以目前使用的發(fā)光材料大部分是Ⅲ-Ⅴ族。圖1.5-1Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族元素的帶隙直接帶隙與間接帶隙材料發(fā)光效率與材料是否為直接帶隙有關(guān)，圖1.5-2（a）是直接帶隙材料，包括GAN-InN-AlN、InP、InAs及GaAs等，這些材料的導(dǎo)帶最低點(diǎn)與價(jià)帶最高點(diǎn)在同一K空間。所以電子與空穴可以有效的再復(fù)合而發(fā)光。而圖1.5-2（b）的材料均是間接帶隙，其帶隙即導(dǎo)帶最低點(diǎn)與價(jià)帶最高點(diǎn)不在同一K空間，以致電子與空穴復(fù)合時(shí)除了發(fā)光外，還需要聲子的配合，所以發(fā)光效率低。目前發(fā)光二極管用的都是直接帶隙的材料。圖1.5-2半導(dǎo)體的直接帶隙與間接帶隙圖1.5-2a帶間復(fù)合圖1.5-2b自由激子相互抵消圖1.5-2c局部束縛激子的再復(fù)合在直接帶隙材料中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，其發(fā)光躍遷有多種可能性，如圖1.5-2所示。圖1.5-2a是帶間復(fù)合，圖1.5-2b是自由激子相互抵消，圖1.5-2c是在能帶勢(shì)能波動(dòng)區(qū)域低勢(shì)能區(qū)局部束縛激子的再復(fù)合。圖1.5-2a及b時(shí)一般AlGaInP紅光LED產(chǎn)生光的原理，而圖1.5-2c則是AlGaInN的藍(lán)光及綠光LED產(chǎn)生光的原理[6]。用AlGaAs及AlGaInP均可得到紅光，用AlGaInN可以得到藍(lán)光、綠光，一般都用MOCVDAlGaInP及AlGaInN材料，用不同量子阱得到不同顏色的LED。圖1.5-2d所示是一些例子，例如用AlGaAs得到649nm紅光，用AlGaInP得到594nm的琥珀色光，用AlGaInN得到517nm的綠光及465nm與427nm的藍(lán)光等。圖1.5-2d發(fā)光光譜GaN基LED和四元系LED一、GaN基LEDGaN是一種直接躍遷型半導(dǎo)體，室溫下，禁帶寬度Eg=3.39eV。GaN晶體屬纖鋅礦結(jié)構(gòu)，能發(fā)出紅、黃、藍(lán)、紫等顏色的光。其中，藍(lán)色是三基色之一。從20世紀(jì)90年代開始，GaN材料和GaNLED，GaNLaser的研究工作就受到人們的極大關(guān)注，發(fā)展很快。圖1.5-3aGaN基LED外延結(jié)構(gòu)圖近年來，采用MOCVD技術(shù)制備PN結(jié)型GaNLED已經(jīng)獲得成功，其基本結(jié)構(gòu)如圖1.5-3a所示。其中5*InGaN/GaN層為5層的量子阱結(jié)構(gòu)。P-電極采用Ni/Au合金，N-電極采用Ti/Al/Au合金。二、四元系LED四元系LED主要以AlGaInP為代表，也是一種雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。AlGaInP它真正的表示式應(yīng)為。有研究指出，AlInGaP的能帶隙會(huì)與Al成份的多寡有關(guān)，即Al愈多，能帶隙愈大，Al愈少，能帶隙愈小。這是因?yàn)锳l是在周期表ⅢA族中是位于較上方的，為較小的原子，能與P形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，這就使得它們的能帶隙較大了。(如圖1.5-3b)圖1.5-3b四元系LED外延結(jié)構(gòu)圖本實(shí)驗(yàn)中用到的LED樣品均是GaN基結(jié)構(gòu)的。1.6LED相關(guān)光色電參數(shù)解釋光學(xué)參數(shù)一、光通量光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量，即輻射功率（或輻射通量）能夠被人眼視覺系統(tǒng)所感受到的那部分有效當(dāng)量。光通量的符號(hào)為Φ，單位為流明（Lｍ）。根據(jù)光譜輻射通量Φ（λ），由下式可確定光通量：Φ=Km·Φ（λ）V（λ）dλ式中，Ｖ（λ）—相對(duì)光譜光視效率；Km—輻射的光譜光視效能的最大值，單位為L(zhǎng)ｍ/Ｗ。１９７７年由國(guó)際計(jì)量委員會(huì)確定Km值為６８３Lm/W（λｍ＝５５５ｎｍ）.二、光強(qiáng)度（luminousintensity）光源在某一給定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量稱為光源在該方向的發(fā)光強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱光強(qiáng)，單位：坎德拉（cd）。三、光亮度亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù)，具有很強(qiáng)方向性。指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量，單位為cd/m2或Nit四、光功率光在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。光功率單位常用毫瓦(mw)和分貝(db)表示，其中兩者的關(guān)系為:1mw=0db，而小于1mw的分貝為負(fù)值[7]。五、發(fā)光效率光源發(fā)出的光通量除以所消耗的功率，單位是lm/w。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。色學(xué)參數(shù)一、色溫（k）以絕對(duì)溫度（k=℃+273.15）K來表示，即將一黑體加熱，溫度升到一定程度時(shí)，顏色逐漸由深紅-淺紅-橙紅-黃-黃白-白-藍(lán)白-藍(lán)變化。當(dāng)某光源與黑體的顏色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源的色溫。如：當(dāng)黑體加熱呈現(xiàn)深紅時(shí)溫度約為550℃，即色溫為550℃

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273

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823K。二、色純度其為以主波長(zhǎng)描述顏色時(shí)之輔助表示，以百分比計(jì)，定義為待測(cè)件色度坐標(biāo)與E光源之色度坐標(biāo)直線距離與E光源至該待測(cè)件主波長(zhǎng)之光譜軌跡色度坐標(biāo)距離的百分比，純度愈高，代表待測(cè)件的色度坐標(biāo)愈接近其該主波長(zhǎng)的光譜色電學(xué)參數(shù)一、VF正向電壓幾種光所對(duì)應(yīng)的順向電壓如圖1.6-1所示：圖1.6-1幾種光所對(duì)應(yīng)的正向電壓二、IF正向電流正向工作電流IF：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFs以下。以正常的壽命討論，通常標(biāo)準(zhǔn)IF值設(shè)為20－30mA，瞬間（20ms）可增至100mA；IF值增大：壽命縮短、VF值增大、波長(zhǎng)偏低、溫度上升、亮度增大、角度不變。三、VR反向擊穿電壓VR是衡量P/N結(jié)反向耐壓特性，當(dāng)然VR赿高赿好。VR值較低在電路中使用時(shí)經(jīng)常會(huì)有反向脈沖電流經(jīng)過，容易擊穿變壞。VR又通常被設(shè)定一定的安全值來測(cè)試反向電流（IF值），一般設(shè)為5V。紅、黃、黃綠等四元芯片反向電壓可做到20－40V，藍(lán)、純綠、紫色等芯片反向電壓只能做到5V以上。四、IR反向擊穿電流IR是反映二極管的反向特性，IR值太大說明P/N結(jié)特性不好，很快快被擊穿；IR值太小或?yàn)檎f明二極管的反向很好；通常IR值較大時(shí)VR值相對(duì)會(huì)小，IR值較小時(shí)VR值相對(duì)會(huì)大；R的大小與芯片本身和封裝制程均有關(guān)系，制程主要體現(xiàn)在銀膠過多或側(cè)面沾膠，雙線材料焊線時(shí)焊偏，靜電亦會(huì)造成反向擊穿，使IR增大。五、I-V特性表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。如圖1.6-2：I-V曲線的斜率隨吸收劑量增大而增大，即器件的電阻增大，其主要原因是由于γ輻照后在半導(dǎo)體內(nèi)引入的缺陷和雜質(zhì)，并且誘生新的界面態(tài)，起到了散射中心的作用，這些缺陷和雜質(zhì)以及新的界面態(tài)對(duì)電子的散射造成附加電阻率。由于輻射劑量越大，引入的缺陷和雜質(zhì)以及誘生的界面態(tài)越多、越復(fù)雜，因而觀測(cè)到器件隨著輻照劑量的增加，器件的電阻逐漸增大[8]。圖1.6-2I-V特性曲線LED其他相關(guān)參數(shù)一、輻射通量Φe二、電光轉(zhuǎn)換效率一般指電源的電能轉(zhuǎn)換為光能的效率，其計(jì)算公式為η=Φe/P，η為電光轉(zhuǎn)換效率，Φe為輻射通量，P為該轉(zhuǎn)換過程中消耗的功率。三、壽命電光源的壽命通常用有效壽命和平均壽命兩個(gè)指標(biāo)來表示。一，有效壽命：指燈開始點(diǎn)燃到燈的光通量衰減到額定光通量的某一百分比時(shí)所經(jīng)歷的點(diǎn)燈時(shí)數(shù)。一般這一百分比規(guī)定在70%～80%之間。二，平均壽命：指一組試驗(yàn)樣燈，從點(diǎn)燃到其中的50%的燈失效時(shí)，所經(jīng)歷的點(diǎn)燈時(shí)數(shù)。通常說的LED壽命一般指的是平均壽命。四、老化LED發(fā)光亮度隨著長(zhǎng)時(shí)間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān)。LED光色測(cè)量的必要性一、避免危害LED與傳統(tǒng)的照明燈不同，它具有點(diǎn)光源、高亮度、窄光束輸出等特點(diǎn)。當(dāng)ＬＥＤ應(yīng)用于照明器具時(shí)，如果對(duì)出光角不加以嚴(yán)格的控制就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光，某些高亮度ＬＥＤ產(chǎn)品甚至?xí)?duì)人體造成光輻射危害。光色測(cè)量可為ＬＥＤ的安全使用提供指導(dǎo)。二、促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展LED的光色測(cè)量能提供大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可作為判定ＬＥＤ產(chǎn)品合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，并可為改進(jìn)LED的設(shè)計(jì)、制造提供依據(jù)[9]。1.7LED輻照固體材料在中子，離子或電子以及γ射線輻照下所產(chǎn)生的一切現(xiàn)象。在晶體中，輻照產(chǎn)生的各種缺陷一般稱為輻照損傷。對(duì)于多數(shù)材料而言，主要是離位損傷。入射離子與材料中的原子核碰撞，一部分能量轉(zhuǎn)換為靶原子的反沖動(dòng)能，當(dāng)此動(dòng)能超過點(diǎn)陣位置的束縛能時(shí)，原子便可離位。最簡(jiǎn)單的輻照缺陷是孤立的點(diǎn)缺陷，如在金屬中的弗侖克爾缺陷對(duì)（由一個(gè)點(diǎn)陣空位和一個(gè)間隙原子組成）。級(jí)聯(lián)碰撞條件下，在約10nm直徑的體積內(nèi)產(chǎn)生數(shù)百個(gè)空位和數(shù)百個(gè)間隙原子。若溫度許可，間隙原子和空位可以彼此復(fù)合，或擴(kuò)散到位錯(cuò)、晶界或表面等處而湮沒，也可聚集成團(tuán)或形成位錯(cuò)環(huán)。一般地說，電子或質(zhì)子照射產(chǎn)生孤立的點(diǎn)缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重離子容易形成空位團(tuán)及位錯(cuò)環(huán)，而中子產(chǎn)生的是兩種缺陷兼有。當(dāng)材料在較高溫度受大劑量輻照時(shí)，離位損傷導(dǎo)致腫脹，長(zhǎng)大等宏觀變化。腫脹是由于體內(nèi)均勻產(chǎn)生的空位和間隙原子流向某些漏（如位錯(cuò)）處的量不平衡所致，位錯(cuò)吸收間隙原子比空位多，過剩的空位聚成微孔洞，造成體積脹大而密度降低。輻照長(zhǎng)大只有尺寸改變而無體積變化，僅在各向異性顯著的材料中，由于形成位錯(cuò)環(huán)的擇優(yōu)取向而造成。離位損傷造成的種種微觀缺陷顯然會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能變化，如輻照硬化、脆化以及輻照蠕變等。輻照缺陷還引起增強(qiáng)擴(kuò)散，并促使一系列由擴(kuò)散控制或影響的過程加速進(jìn)行，諸如溶解，沉淀，偏聚等，并往往導(dǎo)致非平衡態(tài)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸鹽等，另一類損傷，即電離損傷也很重要。入射粒子的另一部分能量轉(zhuǎn)移給材料中的電子，使之激發(fā)或電離。這部分能量可導(dǎo)致健的斷裂和輻照分解，相應(yīng)的引起材料強(qiáng)度喪失，介電擊穿強(qiáng)度下降等現(xiàn)象。因此，輻照對(duì)于LED器件的失效有著重要的影響。輻照將引起LED器件量子阱中量子點(diǎn)的聚集和再分布，是器件發(fā)光的均勻性和一致性變差。同時(shí)，輻照對(duì)器件的電學(xué)影響以及光學(xué)衰減值得關(guān)注！輻照優(yōu)點(diǎn):1、滅菌徹底。由于γ射線具有很強(qiáng)的穿透力，在一定劑量條件下能殺死各種細(xì)菌微生物（包括病毒），因此，輻射滅菌是一種非常有效的滅菌方法。2、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。輻射滅菌消毒是一種“冷消毒”法，可在常溫下滅菌，適合工業(yè)、醫(yī)療等多種領(lǐng)域，特別適合于一些熱敏材料如塑料制品、尼龍、化纖制品、生物制品等。可與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)相結(jié)合，滲透性強(qiáng)。3、可以包裝后滅菌。只要所用的包裝材料不透菌，滅菌后的醫(yī)療用品可以長(zhǎng)期保存。4、滅菌速度快，工藝簡(jiǎn)單、容易控制，可連續(xù)作業(yè)，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。5、節(jié)約能源。輻照加工的能源消耗，只有熱加工和化學(xué)加工的1/40-1/200；是冷凍方法的1/20。6、無環(huán)境污染；無化學(xué)藥物殘留；不損害加工產(chǎn)品的外觀品質(zhì)和內(nèi)在特性。7、產(chǎn)值高、附加值高、社會(huì)效益好，盈虧平衡點(diǎn)高。三、輻照安全隱患輻照能夠殺死病菌，但也能夠殺死對(duì)人體有益的分子，破壞食物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA損傷，因此在國(guó)際上一直存在爭(zhēng)議。而重復(fù)輻照、超標(biāo)準(zhǔn)使用輻照劑量等亂輻照，對(duì)人的身體損害極大，可能造成核物質(zhì)殘留，引發(fā)癌癥、青光眼。輻照的安全隱患集中體現(xiàn)在食品和藥品方面。（1）食品安全輻照技術(shù)的殺菌效果很好，但是輻射照射如果把握不好，會(huì)改變食品的分子結(jié)構(gòu)，從而影響食用者安全，誘發(fā)例如癌癥等疾病，食品領(lǐng)域的輻照技術(shù)已經(jīng)漸漸被瞬間高溫殺菌技術(shù)等代替。西歐和日本都已禁止輻照食品進(jìn)口。第一個(gè)商業(yè)食品輻照工廠在1991年就已經(jīng)在美國(guó)的佛羅里達(dá)州開業(yè)，但截止到2011年，世界上只有42個(gè)國(guó)家正式批準(zhǔn)了240多種輻照食品標(biāo)準(zhǔn)。有些國(guó)家則嚴(yán)格禁止輻照食品。在美國(guó)，食品輻照是被當(dāng)作一種“食品添加劑”來管理的?？梢杂迷谑裁礃拥氖称分?、如何應(yīng)用、可以用多大劑量都有明確的規(guī)定。只有經(jīng)過FDA的許可，廠家才可以使用，而且必須做明確的標(biāo)識(shí)。一般而言，世界各國(guó)對(duì)于輻照食品，都要求明確標(biāo)識(shí)并且劑量不超過10kGy（Gy是輻照劑量的單位，1kGy是1千克食物吸收1000焦耳的輻照能量）。（2）藥品安全中國(guó)衛(wèi)生部于1997年發(fā)布了《鈷60輻照中藥滅菌劑量標(biāo)準(zhǔn)》（內(nèi)部試行）的通知（衛(wèi)藥發(fā)〔1997〕第38號(hào)），規(guī)定該標(biāo)準(zhǔn)僅用于供國(guó)內(nèi)流通的中藥殺菌，而且鈷60輻照僅是中藥滅菌的輔助手段。鈷60輻照對(duì)很多包裝材料有影響，比如塑料瓶會(huì)發(fā)黃，玻璃瓶也可能會(huì)變色。再如鋁箔包裝，輻照會(huì)讓鋁箔顏色變深，而且劑量超過4000GR會(huì)對(duì)藥品含量造成影響。2012年4月10日，據(jù)媒體報(bào)道，大部分中藥材、中成藥、原料藥及部分藥品制劑均可采用輻照方法進(jìn)行滅菌處理，特別是對(duì)一些不耐高溫、成分易揮發(fā)的原料、制劑、輔料、藥材等非常適用。但由于行業(yè)管理較為混亂，重復(fù)輻照、大劑量輻照的情況較為突出。由于藥品種類繁多，送照產(chǎn)品的情況千差萬別，而輻照機(jī)構(gòu)也沒有嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)經(jīng)營(yíng)者也不按照規(guī)定進(jìn)行輻照后的微生物檢測(cè)。所以，很多藥材接受輻照后，藥廠回去菌檢不合格就回來重照，或者制成成藥后再拿來輻照，導(dǎo)致重復(fù)輻照現(xiàn)象普遍存在。并且大多數(shù)藥品并沒有按照相關(guān)規(guī)定在包裝上印制“輻照”字樣。而超標(biāo)輻照藥品極有可能引發(fā)癌癥[10]。第二章6對(duì)6種電極即環(huán)形電極1、環(huán)形電極2、環(huán)形電極3、旋轉(zhuǎn)形電極、中心環(huán)繞形電極、樹形電極，對(duì)其進(jìn)行不同劑量的60Co源伽瑪輻照，分別給予2×105rad(Si)、8×105rad(Si)、1.6×106rad(Si)、3.2×106rad(Si)4種吸收劑量并對(duì)輻照后的結(jié)果進(jìn)行光、色參數(shù)的測(cè)試與分析。分析結(jié)果如下：2.1光參數(shù)不同輻照劑量對(duì)不同電極的影響各不相同，但從整體上看，各種電極的光通量和輻射通量在輻照作用下成先上升后下降的趨勢(shì)（除旋轉(zhuǎn)形電極），光效的變化輻度相對(duì)較小。另一方面，從6種電極的比較上可以看出，在3種環(huán)形電極中，環(huán)形電極3的光通量和輻射通量要遠(yuǎn)高于環(huán)形電極1和環(huán)形電極2。而三種優(yōu)化電極即旋轉(zhuǎn)形電極、中心環(huán)繞形電極和樹形電極的光通量和輻射通量也要高于另外三種環(huán)形電極。從光效角度看，優(yōu)化電極的光效要遠(yuǎn)高于環(huán)形電極，其隨輻照的變化輻度與光通量相同。圖2.1-1不同輻照劑量下的光通量圖2.1-2不同輻照劑量下的輻射通量從圖2.1-1和圖2.1-2可以看出，除旋轉(zhuǎn)電極外，在最大劑量的輻照后，另外五種電極的光通量和輻射通量都有不同程度的增加，環(huán)形電極1從0.3024lm增加至0.3031lm,相比增加了0.2%；環(huán)形電極2從0.3517lm增至0.3564lm,增加了3.9%；環(huán)形電極3從0.4069增至0.4259，增加了4.7%；而中心環(huán)繞形電極從0.4364增至0.4482，增加了2.7%；樹形電極從0.4390增至0.4430，增加了0.9%；僅有旋轉(zhuǎn)形電極從0.4498減少至0.4295，減少了4.5%。輻射通量與光效的變化情況與光通量基本一致.如圖2.1-3：圖2.1-3不同電極形狀在不同輻照劑量下的光效變化=1\*GB3①環(huán)形電極1增幅最小，為0.0007lm，變化為0.2%；=2\*GB3②環(huán)形電極3增幅最大，為0.0187lm，增加了4.7%可見，輻照對(duì)環(huán)形電極3的光學(xué)性能影響最大=3\*GB3③旋轉(zhuǎn)形電極的光通量隨輻照下降了0.0239lm,下降了5.3%。2.2色參數(shù)從色參數(shù)的角度去分析輻照對(duì)不同優(yōu)化電極的影響時(shí)主要分析了主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)的變化情況，各個(gè)不同電極在主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)在最大輻照劑量（3.2×106rad(Si)）上的變化基本相同，主要的趨勢(shì)是增加，因?yàn)檩椪张c材料間的相互作用產(chǎn)生高能康普頓電子，而該電子與核子交作用會(huì)引起原子的移位，而使得阱區(qū)量子點(diǎn)變大而最終導(dǎo)致發(fā)光波長(zhǎng)的紅移現(xiàn)象。表2.2不同電極在最大輻照劑量下的波長(zhǎng)變化環(huán)形電極1467.450.212462.420.183環(huán)形電極2469.750.095465.290.016環(huán)形電極3469.270.461464.720.631旋轉(zhuǎn)形電極469.810.086465.430.085中心環(huán)繞形電極469.830.104465.350.282樹形電極469.690.183465.210.164表2.2為實(shí)驗(yàn)中的6種不同形狀的電極在最大輻照劑量下的主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)的變化情況，上表中為各種電極在未輻照前的主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)，為各種電極在最大輻照劑量下的變化，從上表中可以看出，在未輻照前，各種電極的主波長(zhǎng)均在470nm附近，說明這6種電極發(fā)出的藍(lán)光較好，色純度也較高，另一方面，6種電極的主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)紅移情況各不同，其中=1\*GB3①環(huán)形電極3的波長(zhǎng)均紅移最多，主波長(zhǎng)為0.21nm,峰值波長(zhǎng)為0.63nm；=2\*GB3②旋轉(zhuǎn)形電極在主波長(zhǎng)的紅移量最小，為0.08nm；=3\*GB3③環(huán)形電極2峰值波長(zhǎng)紅移量最小，為0.01nm；=4\*GB3④從上表中，綜合主波長(zhǎng)與峰值波長(zhǎng)的變化，輻照對(duì)環(huán)形電極2的波長(zhǎng)變化最小，可見在色參數(shù)方面，輻照對(duì)環(huán)形電極2的影響最小，可以預(yù)測(cè)，在這6種電極中，經(jīng)過相同的長(zhǎng)時(shí)間老化后，環(huán)形電極2的色純度為最好。=5\*GB3⑤除環(huán)形電極1，另外5種電極均分布在藍(lán)光的470nm附近，而環(huán)形電極1未輻照前偏離較高，而輻照對(duì)其波長(zhǎng)紅移也較多，可以看出其色純度不如另外5種電極，而且在大劑量輻照后環(huán)形電極1的發(fā)光顏色會(huì)明顯變淡。第三章總結(jié)LED是半導(dǎo)體照明的核心,作為一種重要的固態(tài)光源,它具有低成本、長(zhǎng)壽命、小尺寸、極快的響應(yīng)速度、耐震抗沖擊、綠色環(huán)保、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。GaN材料是直接帶隙半導(dǎo)體,具有禁帶寬、發(fā)光效率高、熱導(dǎo)率高、擊穿電壓大、電子漂移和飽和速度大、介電常數(shù)小等特點(diǎn),以GaN基功率型藍(lán)光LED為核心的半導(dǎo)體照明光源,被認(rèn)為是繼白熾燈和熒光燈之后的第三代照明光源,是國(guó)內(nèi)外光電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。LED的廣泛應(yīng)用決定了它將暴露于地外空間等輻射環(huán)境中,而長(zhǎng)期的輻射會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生影響。這些輻射包括帶電輻射、不帶電輻射和電磁輻射等。近年來,國(guó)內(nèi)外都有關(guān)于輻照LED的相關(guān)實(shí)驗(yàn)的報(bào)道,主要包括輻照失效機(jī)理和輻照提高發(fā)光強(qiáng)度等方面,研究人員利用深能級(jí)瞬