發(fā)光二極管材料與器件的歷史、現(xiàn)狀和展望

發(fā)光二極管材料與器件的歷史、現(xiàn)狀和展望一、本文概述隨著科技的飛速發(fā)展，發(fā)光二極管（LED）作為一種高效、環(huán)保的固態(tài)光源，已經(jīng)在照明、顯示、背光等多個領域取得了廣泛應用。本文旨在全面梳理發(fā)光二極管材料與器件的歷史發(fā)展脈絡，分析當前的市場現(xiàn)狀，并展望未來的發(fā)展趨勢。文章首先回顧了發(fā)光二極管技術的誕生和早期發(fā)展階段，介紹了其基本原理和主要材料體系。接著，文章重點分析了當前發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，包括市場規(guī)模、應用領域、技術進步等方面。在此基礎上，文章對發(fā)光二極管材料與器件的未來發(fā)展趨勢進行了展望，探討了新技術、新材料和新應用對產(chǎn)業(yè)的影響和推動作用。通過本文的闡述，讀者可以深入了解發(fā)光二極管材料與器件的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，把握未來發(fā)展方向，為相關領域的科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考和借鑒。二、發(fā)光二極管材料與器件的歷史發(fā)光二極管（LED）的歷史可以追溯到20世紀初期。早在1907年，英國科學家亨利·約瑟夫·朗德首次觀察到硅碳化物在電流通過時會發(fā)出黃光，這是人類首次觀察到的電致發(fā)光現(xiàn)象。然而，這一發(fā)現(xiàn)并未立即引發(fā)LED技術的快速發(fā)展，因為當時的技術水平還無法制造出足夠高效的LED。LED的真正發(fā)展始于20世紀60年代。當時，美國通用電氣公司的研究人員開始研究利用半導體材料制造LED。1962年，他們成功研發(fā)出第一顆實用的紅色LED，其基于砷化鎵（GaAsP）材料。這一突破性的成果為LED技術的進一步發(fā)展奠定了基礎。進入70年代，LED技術開始得到廣泛應用。各種顏色的LED相繼問世，如綠色、黃色和橙色LED。這些LED主要被用于指示器、數(shù)字顯示和簡單的顯示設備。同時，LED的發(fā)光效率也得到了顯著提高，使得它們在照明領域的應用成為可能。80年代至90年代，LED技術迎來了飛速發(fā)展的時期。隨著材料科學的進步，研究者們開始嘗試使用鋁、銦、鎵等元素的化合物來制造LED，從而實現(xiàn)了更高亮度和更低能耗的LED。藍光和白光LED的相繼問世也使得LED在照明領域的應用更加廣泛。進入21世紀，LED技術繼續(xù)取得突破。尤其是白光LED技術的成熟，使得LED照明成為了一種高效、環(huán)保的照明方式。隨著LED制造成本的降低，它們在各種顯示設備、背光、汽車照明等領域的應用也越來越廣泛?；仡櫚l(fā)光二極管材料與器件的歷史，我們可以看到這一技術的發(fā)展始終伴隨著材料科學的進步和制造工藝的改進。未來，隨著新材料和新技術的不斷涌現(xiàn)，LED技術有望在照明、顯示、通信等領域發(fā)揮更大的作用。三、發(fā)光二極管材料與器件的現(xiàn)狀發(fā)光二極管（LED）材料與器件的發(fā)展至今，已經(jīng)取得了顯著的進步。隨著科技的持續(xù)進步和市場需求的不斷增長，LED的制造技術、材料種類和應用領域都在不斷擴大。在材料方面，LED的發(fā)光效率、穩(wěn)定性、壽命等關鍵性能指標得到了顯著提升。這主要得益于新型半導體材料的研發(fā)和應用，如氮化物、鋁酸鹽、硅酸鹽等。這些新材料具有高折射率、高熱穩(wěn)定性、高抗腐蝕性等優(yōu)點，使得LED的性能得到了極大的提升。在器件結構上，LED的設計也在不斷創(chuàng)新。例如，芯片尺寸的不斷縮小，使得LED的發(fā)光面積減小，光強增加，同時也有助于提高散熱性能。新的封裝技術和結構設計，如微型LED、柔性LED等，為LED的應用提供了更多的可能性。在應用方面，LED已經(jīng)深入到了各個領域。在照明領域，LED照明產(chǎn)品以其高效節(jié)能、環(huán)保長壽命等優(yōu)點，正在逐步替代傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品。在顯示領域，LED顯示屏以其高亮度、高對比度、高色彩飽和度等優(yōu)點，被廣泛應用于各種大型廣告牌、體育場館、舞臺演出等場合。LED還在背光、汽車照明、生物醫(yī)療等領域有著廣泛的應用。然而，盡管LED材料與器件的發(fā)展取得了顯著的進步，但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題。例如，如何提高LED的發(fā)光效率、穩(wěn)定性、壽命等性能，如何降低制造成本，如何進一步拓展應用領域等，都是當前LED行業(yè)需要面對和解決的問題。未來，隨著科技的持續(xù)進步和市場的不斷發(fā)展，相信LED材料與器件的發(fā)展會更加廣闊和深入。四、發(fā)光二極管材料與器件的展望隨著科技的不斷進步和人們對高質量生活的追求，發(fā)光二極管材料與器件在未來的發(fā)展前景十分廣闊?？梢灶A見，未來的LED產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)出以下幾個重要的發(fā)展趨勢。在材料研發(fā)方面，科研人員將持續(xù)探索新型發(fā)光材料，以提高LED的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。例如，有機-無機雜化材料、量子點、碳納米管等新型納米材料的應用，有望為LED帶來更高的亮度、更低的能耗和更長的使用壽命。在器件設計方面，未來的LED器件將朝著更小型化、更高集成度的方向發(fā)展。通過采用先進的微納加工技術，可以實現(xiàn)LED芯片的尺寸進一步縮小，同時提高器件的集成度，從而滿足各種微型化和陣列化應用的需求。再次，在應用拓展方面，LED的應用領域將進一步擴大。除了傳統(tǒng)的照明和顯示領域，LED還有望在生物醫(yī)療、光通信、軍事國防等高科技領域發(fā)揮重要作用。例如，利用LED的高亮度、高單色性等特點，可以開發(fā)出用于光動力治療、熒光成像等生物醫(yī)學應用的新型LED器件。在可持續(xù)發(fā)展方面，未來的LED產(chǎn)業(yè)將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。通過采用環(huán)保材料和工藝，降低LED生產(chǎn)過程中的能耗和污染排放，同時推動LED產(chǎn)品的回收和再利用，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟。發(fā)光二極管材料與器件在未來的發(fā)展前景廣闊，將不斷推動科技進步和社會發(fā)展。我們期待通過不斷的科研創(chuàng)新和技術突破，為LED產(chǎn)業(yè)注入新的活力，為人類創(chuàng)造更美好的未來。五、結論隨著科技的不斷進步，發(fā)光二極管（LED）材料與器件已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展歷程，其在顯示、照明、信號指示等多個領域的應用已經(jīng)深入到了我們生活的方方面面。從初期的單色顯示到如今的全彩顯示，從低效的照明設備到現(xiàn)今的高效節(jié)能燈具，LED材料與器件的發(fā)展歷程可謂是一部波瀾壯闊的科技史詩。當前，LED材料與器件的發(fā)展已經(jīng)進入了一個新的階段，不僅性能得到了顯著提升，應用領域也在不斷拓寬。新型的LED材料，如有機LED、量子點LED等，以其獨特的優(yōu)勢在特定領域開始嶄露頭角。器件結構的優(yōu)化和制造工藝的進步，使得LED的性能更加穩(wěn)定，壽命更長，同時也推動了LED產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。然而，盡管LED材料與器件已經(jīng)取得了巨大的成功，但未來的發(fā)展道路上仍然充滿了挑戰(zhàn)和機遇。一方面，我們需要繼續(xù)深入研究LED材料的基礎科學問題，探索新的發(fā)光機制，開發(fā)更高效、更環(huán)保的新型LED材料。另一方面，我們也需要關注LED器件的微型化、集成化、智能化等發(fā)展趨勢，以滿足未來更高、更復雜的應用需求。展望未來，隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，LED材料與器件有望在更多領域實現(xiàn)突破和應用。從智能家居到智能交通，從空間探索到深海探測，LED都將成為推動科技進步的重要力量。我們有理由相信，隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，LED材料與器件的未來將更加光明。參考資料：稀土元素因其獨特的電子結構和光學性質，在發(fā)光材料領域具有廣泛的應用。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，稀土高分子發(fā)光材料逐漸成為研究的熱點。這種材料結合了稀土元素的優(yōu)異發(fā)光性能和高分子材料的可加工性，為發(fā)光材料的應用開辟了新的道路。本文將重點探討稀土高分子發(fā)光材料的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢。目前，稀土高分子發(fā)光材料已經(jīng)在多個領域得到應用，如顯示、照明、生物成像等。其發(fā)光顏色豐富，可覆蓋從紫外到可見光再到近紅外光的寬廣光譜范圍。稀土高分子發(fā)光材料還具有長壽命、高亮度和窄發(fā)射帶等優(yōu)點。這些特性使得它們在顯示屏幕、LED照明和生物熒光標記等領域具有廣泛的應用前景。然而，稀土高分子發(fā)光材料的研究仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何提高材料的發(fā)光效率、穩(wěn)定性以及降低成本等。這些問題的解決將有助于推動稀土高分子發(fā)光材料的進一步應用。創(chuàng)新合成方法：提高稀土高分子發(fā)光材料的發(fā)光效率和穩(wěn)定性是未來的重要研究方向。通過創(chuàng)新合成方法，可以設計出具有優(yōu)異性能的新型發(fā)光材料。這可能涉及到使用新的配體、改進合成條件或引入新的摻雜技術等。多功能性：除了基本的發(fā)光性能外，未來的稀土高分子發(fā)光材料還應具備其他功能，如導電性、光敏性或磁性等。這將有助于開發(fā)出具有多重功能的新型復合材料，滿足各種不同的應用需求。環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展：隨著環(huán)保意識的提高，開發(fā)對環(huán)境友好的稀土高分子發(fā)光材料也變得越來越重要。研究如何利用可再生資源或使用環(huán)保型合成方法來生產(chǎn)這些材料將有助于推動其可持續(xù)發(fā)展?？鐚W科合作：稀土高分子發(fā)光材料的研究涉及到化學、物理學、工程學等多個學科領域。因此，跨學科的合作將有助于深入理解材料的內在機制，推動相關技術的進步和創(chuàng)新。人工智能與機器學習在材料設計中的應用：借助人工智能和機器學習技術，可以高效地篩選和優(yōu)化材料設計，實現(xiàn)材料的精準定制，為開發(fā)高性能的稀土高分子發(fā)光材料提供有力支持。生物醫(yī)學應用：隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)展，稀土高分子發(fā)光材料在生物成像、藥物輸送和光動力治療等領域的應用將得到進一步拓展。研究如何提高材料的生物相容性和降低潛在毒性將是未來的重要研究方向。智能照明與顯示：隨著人們對智能家居和可穿戴設備的需求增加，稀土高分子發(fā)光材料在智能照明和顯示領域的應用將越來越廣泛。研究如何實現(xiàn)高效能量轉換、低功耗驅動以及柔性可彎曲顯示技術將是未來的研究重點。稀土高分子發(fā)光材料在多個領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，為了更好地滿足實際需求，還需要在提高性能、降低成本以及開發(fā)新功能等方面進行深入研究。隨著科技的不斷進步和跨學科合作的加強，我們相信稀土高分子發(fā)光材料將會在未來的發(fā)展中取得更多的突破和成就。發(fā)光二極管（LED）作為一類重要的固態(tài)照明和顯示技術，其發(fā)展歷程可以追溯到20世紀初。早期的研究主要集中在半導體物理和固態(tài)電子學領域，然而，直到1960年代，LED技術的突破性進展才開始出現(xiàn)。1960年代，美國通用電氣公司制造出了第一種商用LED，這是以硅、鍺和鎵等元素為半導體材料制成的發(fā)光二極管。這種LED能在低電壓下工作，且壽命長，但由于制造成本高，應用領域有限。進入1970年代，隨著化合物半導體的發(fā)展，尤其是砷化鎵（GaAs）和磷化鋁（AlP）等材料的引入，LED的發(fā)光效率得到了顯著提升。這些材料具有更高的能量轉換效率和更低的制造成本，使得LED在更多的應用領域中得以使用。進入21世紀，LED技術已經(jīng)從簡單的顯示應用擴展到了照明領域。隨著氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）等材料的發(fā)現(xiàn)和應用，LED的發(fā)光效率達到了新的高度。這些材料具有更高的能量轉換效率和更長的壽命，使得LED在照明市場中的份額不斷增加。隨著技術的進步，LED的制造工藝也得到了優(yōu)化，生產(chǎn)效率提高，成本降低。LED的應用領域已經(jīng)從簡單的指示和顯示擴展到了各種類型的照明設備，包括路燈、汽車燈、家庭照明等。材料的優(yōu)化：隨著材料科學的進步，新一代的LED材料將會出現(xiàn)，如碳化硅（SiC）和氮化鋁（AlN）等。這些材料具有更高的能量轉換效率和更長的壽命，將進一步推動LED技術的發(fā)展。制造工藝的改進：隨著納米技術和微電子制造技術的進步，LED的制造工藝將得到進一步的優(yōu)化。這將會使得LED的制造成本更低，效率更高。智能照明：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，LED照明設備將能夠與智能家居系統(tǒng)連接，實現(xiàn)智能控制。這將大大提升LED照明的便利性和舒適性。可穿戴設備：隨著可穿戴設備的興起，LED技術將進一步應用于智能手表、健康監(jiān)測器等設備中。這些設備將能夠通過LED發(fā)出指示信息或者進行健康監(jiān)測。醫(yī)療應用：LED技術也可以應用于醫(yī)療領域，如紫外線LED可用于殺菌消毒，藍光LED可以用于治療新生兒黃疸等。未來LED技術將繼續(xù)發(fā)展，并在照明、顯示、醫(yī)療和其他領域發(fā)揮更大的作用。然而，盡管取得了顯著的進步，我們仍然需要面對如熱管理、成本、光色和顯色性等問題。這些問題的解決將需要材料科學家、工程師和科學家們的共同努力。發(fā)光二極管，簡稱為LED，是一種常用的發(fā)光器件，通過電子與空穴復合釋放能量發(fā)光，它在照明領域應用廣泛。發(fā)光二極管可高效地將電能轉化為光能，在現(xiàn)代社會具有廣泛的用途，如照明、平板顯示、醫(yī)療器件等。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；2023年5月，新加坡—麻省理工學院研究與技術聯(lián)盟的科學家開發(fā)了世界上最小的LED。發(fā)光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學性質又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管LED。LED最初用于儀器儀表的指示性照明，隨后擴展到交通信號燈。再到景觀照明、車用照明和手機鍵盤及背光源。后來發(fā)展出微型發(fā)光二極管(micro-LED)的新技術，其將原本發(fā)光二極管的尺寸大幅縮小，用可獨立發(fā)光的紅、藍、綠微型發(fā)光二極管成陣列排列形成顯示陣列用于顯示技術領域。微型發(fā)光二極管具有自發(fā)光顯示特性，比自發(fā)光顯示的有機發(fā)光二極管(OrganicLightEmittingDiodeOLED)效率高、壽命較長、材料不易受到環(huán)境影響而相對穩(wěn)定。2023年5月，新加坡—麻省理工學院研究與技術聯(lián)盟的科學家開發(fā)了世界上最小的LED（發(fā)光二極管）。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。LED燈就是發(fā)光二極管，是采用固體半導體芯片為發(fā)光材料，與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈節(jié)能、環(huán)保、顯色性與響應速度好。在能耗方面，LED燈的能耗是白熾燈的十分之一，是節(jié)能燈的四分之一。這是LED燈的一個最大的特點?，F(xiàn)在的人們都崇尚節(jié)能環(huán)保，也正是因為節(jié)能的這個特點，使得LED燈的應用范圍十分廣泛，使得LED燈十分的受歡迎。我們平時走在馬路上，會發(fā)現(xiàn)每一個LED組成的屏幕或者畫面都是變化莫測的。這說明LED燈是可以進行高速開關工作的。但是，對于我們平時使用的白熾燈，則達不到這樣的工作狀態(tài)。在平時生活的時候，如果開關的次數(shù)過多，將直接導致白熾燈燈絲斷裂。這個也是LED燈受歡迎的重要原因。LED燈內部不含有任何的汞等重金屬材料，但是熒光燈中含有，這就體現(xiàn)了LED燈環(huán)保的特點。現(xiàn)在的人都十分重視環(huán)保，所以，會有更多的人愿意選擇環(huán)保的LED燈。LED燈還有一個突出的特點，就是反應的速度比較快。只要一接通電源，LED燈馬上就會亮起來。對比我們平時使用的節(jié)能燈，其反應速度更快，在打開傳統(tǒng)燈泡時，往往需要很長的時間才能照亮房間，在燈泡徹底的發(fā)熱之后，才能亮起來。所謂的“干凈”不是指的燈表面以及內部的干凈，而是這個燈是屬于冷光源的，不會產(chǎn)生太多的熱量，不會吸引那些喜光喜熱的昆蟲。特別是在夏天，農(nóng)村的蟲子會特別的多。有的蟲子天性喜熱，白熾燈和節(jié)能燈在使用一段時間之后都會產(chǎn)生熱量，這個熱量正好是蟲子喜歡的，就容易吸引蟲子過來。這無疑會對燈表面帶來很多的污染物，而且，蟲子的排泄物還會使得室內變得很臟。但是，LED燈是冷光源，不會吸引蟲子過來的，這樣，就不會產(chǎn)生蟲子的排泄物。所以說，LED燈更加的“干凈”。半導體發(fā)光二極管的應用范圍廣，功耗小，使用壽命長，低碳環(huán)保。我國半導體發(fā)光二極管的應用非常廣泛，居民家庭中的很多照明設備都使用了半導體發(fā)光二極管，大部分路燈也使用了半導體發(fā)光二極管路燈作為照明光源，部分道路的照明燈具還結合了太陽能技術，可節(jié)省大量電能。感光二極管根據(jù)材質的不同，可以分成砷鋁化鎵感光二極管、磷砷化鋁感光二極管、磷化鎵感光二極管和砷化鋁感光二極管等。LED的光學參數(shù)中重要的幾個方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光強分布、波長。發(fā)光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個重要指標。LED發(fā)光強度是表征它在某個方向上的發(fā)光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數(shù)實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據(jù)觀察我國的一些LED信號燈中綠色發(fā)藍，紅色的為深紅，從這個現(xiàn)象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負阻發(fā)光二極管等。LED的控制模式有恒流和恒壓兩種，有多種調光方式，比如模擬調光和PWM調光，大多數(shù)的LED都采用的是恒流控制，這樣可以保持LED電流的穩(wěn)定，不易受VF的變化，可以延長LED燈具的使用壽命。普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅動點亮。它屬于電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關，而發(fā)光的波長又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導體材料。紅色發(fā)光二極管的波長一般為650～700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為630～650nm，橙色發(fā)光二極管的波長一般為610～630nm左右，黃色發(fā)光二極管的波長一般為585nm左右，綠色發(fā)光二極管的波長一般為555～570nm。高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(fā)光二極管使用的半導體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強度也不同。通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管發(fā)光顏色種類可分為雙色發(fā)光二極管、三色發(fā)光二極管和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管按引腳數(shù)量可分為二端變色發(fā)光二極管、三端變色發(fā)光二極管、四端變色發(fā)光二極管和六端變色發(fā)光二極管。閃爍發(fā)光二極管（BTS）是一種由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件，可用于報警指示及欠壓、超壓指示。閃爍發(fā)光二極管在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當?shù)闹绷鞴ぷ麟妷海?V）即可閃爍發(fā)光。紅外發(fā)光二極管也稱紅外線發(fā)射二極管，它是可以將電能直接轉換成紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應用于各種光控及遙控發(fā)射電路中。紅外發(fā)光二極管的結構、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。常用的紅外發(fā)光二極管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。基于半導體材料的紫外發(fā)光二極管(UVLED)具有節(jié)能、環(huán)保和壽命長等優(yōu)點，在殺菌消毒、醫(yī)療和生化檢測等領域有重大的應用價值。近年來，半導體紫外光電材料和器件在全球引起越來越多的關注，成為研發(fā)熱點。2018年12月9一12日，由中國科學院半導體研究所主辦的第三屆“國際紫外材料與器件研討會”(IWUMD一2018)在云南昆明召開，來自十二個國家的270余位代表出席了會議。本次會議匯聚了國內外在紫外發(fā)光二極管材料和器件相關領域的多位頂尖專家的最新研發(fā)成果報告。紫外發(fā)光二極管是氮化物技術發(fā)展和第三代半導體材料技術發(fā)展的主要趨勢，擁有廣闊的應用前景。中國科技部為了加快第三代半導體固態(tài)紫外光源的發(fā)展，爭施了“第三代半導體固態(tài)紫外光源材料及器件關鍵技術”重點研發(fā)計劃專項（2016YFB0400800）。國家重點研發(fā)計劃的支持和國際紫外材料與器件研討會的舉辦，將為加快實現(xiàn)我國第三代半導體紫外光源的市場化應用，帶動我國紫外半導體發(fā)光二極管材料和器件技術創(chuàng)親及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展發(fā)揮積極的作用。1987年，柯達公司鄧青云等成功制備了低電壓、高亮度的有機發(fā)光二極管（OLED），第一次向世界展示了OLED在商業(yè)上的應用前景‘“。1995年，Kido在science雜志上發(fā)表了白光有機發(fā)光二極管（wOLED）的文章，雖然效率不高，但揭開了OLED照明研究的序幕。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，OLED的效率和穩(wěn)定性早已滿足小尺寸顯示器的要求，受到眾多高端儀器儀表、手機和移動終端公司的青睞，大尺寸技術也日漸完善。OLED材料的發(fā)展是OLED產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的基礎。最早的OLED發(fā)光材料是熒光材料，但熒光材料由于自旋阻禁，其理論內量子效率上限僅能達到25%。1998年，Ma以及Forrest和Thompson等先后報道了磷光材料在OLED材料中的應用，從而為突破自旋統(tǒng)計規(guī)律、100%地利用所有激子的能量開辟了道路。但是磷光材料也存在一定的問題，由于含有貴金屬，價格很高而且藍光材料的穩(wěn)定性長期停滯不前。2009年，日本九州大學的Adachi教授首次將熱活化延遲熒光（TADF）材料引入OLED。此類材料具有極低的單三線態(tài)能隙，可通過三線態(tài)激子的反向系間竄越（RISC）實現(xiàn)100%的理論內量子效率。材料體系和器件結構的日漸完善，使得OLED在顯示領域嶄露頭角。另一方面，WOLED具有發(fā)光效率高、光譜可調、藍光成分少和面光源等一系列優(yōu)勢，作為低色溫、無藍害的高效光源，有望成為未來健康照明的新趨勢。晶片的構成：由金墊，P極，N極，PN結，背金層構成（雙pad晶片無背金層）。晶片是由P層半導體元素，N層半導體元素靠電子移動而重新排列組合成的PN結合體。也正是這種變化使晶片能夠處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在晶片被一定的電壓施加正向電極時，正向P區(qū)的空穴則會源源不斷的游向N區(qū)，N區(qū)的電子則會相對于孔穴向P區(qū)運動。在電子，空穴相對移動的同時，電子空穴互相結對，激發(fā)出光子，產(chǎn)生光能。主要分類，表面發(fā)光型：光線大部分從晶片表面發(fā)出。五面發(fā)光型：表面，側面都有較多的光線射出按發(fā)光顏色分，紅，橙，黃，黃綠，純綠，標準綠，藍綠，藍。支架的結構1層是鐵，2層鍍銅（導電性好，散熱快），3層鍍鎳（防氧化），4層鍍銀（反光性好，易焊線）也叫白膠，乳白色，導通粘合作用（烘烤溫度為：100°C/5H）銀粉（導電，散熱，固定晶片）+環(huán)氧樹脂（固化銀粉）+稀釋劑（易于攪拌）。儲藏條件：銀膠的制造商一般將銀膠以-40°C儲藏，應用單位一般將銀膠以-5°C儲藏。單劑為25°C/1年（干燥，通風的地方），混合劑25°C/72小時（但在上線作業(yè)時因其他的因素“溫濕度、通風的條件”，為保證產(chǎn)品的質量一般的混合劑使用時間為4小時）LED所用到的金線有φ0mil、φ2mil，金線的材質，LED用金線的材質一般含金量為9%，金線的用途利用其含金量高材質較軟、易變形且導電性好、散熱性好的特性，讓晶片與支架間形成一閉合電路。（換算關系：1mil=0254mm,1in=4mm）可使用條件：室溫25°C約6小時。一般根據(jù)產(chǎn)線的生產(chǎn)需要，我們將它的使用條件定為2小時。后期硬化100°C*6—10小時（可以視實際需要做機動性調整）鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑lockhill芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整。由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s1mm），不利于后工序的操作。采用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張，使LED芯片的間距拉伸到約6mm。也可以采用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。在LED支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。對于GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，提醒：銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。將擴張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品。自動裝架其實是結合了沾膠（點膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程，同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片表面的損傷，特別是藍、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。燒結的目的是使銀膠固化，燒結要求對溫度進行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結的溫度一般控制在150℃，燒結時間2小時。根據(jù)實際情況可以調整到170℃，1小時。絕緣膠一般150℃，1小時。銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結的產(chǎn)品，中間不得隨意打開。燒結烘箱不得再其他用途，防止污染。壓焊的目的是將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。鋁絲壓焊的過程為先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。壓焊是LED封裝技術中的關鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型，選用結合良好的環(huán)氧和支架。（一般的LED無法通過氣密性試驗）。LED點膠TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點是對點膠量的控制，因為環(huán)氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。LED灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。LED模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進入各個LED成型槽中并固化。固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135℃，1小時。模壓封裝一般在150℃，4分鐘。后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。后固化對于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強度非常重要。一般條件為120℃，4小時。由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個），Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要劃片機來完成分離工作。測試LED的光電參數(shù)、檢驗外形尺寸，同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進行分選。20世紀90年代LED技術的長足進步,不僅是發(fā)光效率超過了白熾燈，光強達到了燭光級，而且顏色也從紅色到藍色覆蓋了整個可見光譜范圍。這種從指示燈水平到超過通用光源水平的技術革命導致各種新的應用，諸如汽車信號燈、交通信號燈、室外全色大型顯示屏以及特殊的照明光源。隨著發(fā)光二極管高亮度化和多色化的進展,應用領域也不斷擴展.從下邊較低光通量的指示燈到顯示屏，再從室外顯示屏到中等光通量功率信號燈和特殊照明的白光光源，最后發(fā)展到右上角的高光通量通用照明光源。2000年是時間的分界線，在2000年已解決所有顏色的信號顯示問題和燈飾問題，并已開始低、中光通量的特殊照明應用，而作為通用照明的高光通量白光照明應用，似乎還有待時日，需將光通量進一步大幅度提高方能實現(xiàn)。當然，這也是個過程，會隨亮度提高和價格下降而逐步實現(xiàn)。自20世紀80年代中期，就有單色和多色顯示屏問世，起初是文字屏或動畫屏。90年代初，電子計算機技術和集成電路技術的發(fā)展，使得LED顯示屏的視頻技術得以實現(xiàn)，電視圖像直接上屏，特別是90年代中期，藍色和綠色超高亮度LED研制成功并迅速投產(chǎn)，使室外屏的應用大大擴展，面積在100—300m不等。LED顯示屏在體育場館、廣場、會場甚至街道、商場都已廣泛應用，美國時代廣場上的納斯達克全彩屏最為聞名，該屏面積為120英尺×90英尺，相當于1005m，由1900萬只超高亮藍、綠、紅色LED制成。在證券行情屏、銀行匯率屏、利率屏等方面應用也占較大比例，近期在高速公路、高架道路的信息屏方面也有較大的發(fā)展。發(fā)光二極管在這一領域的應用已成規(guī)模，形成新興產(chǎn)業(yè)，且可期望有較穩(wěn)定的增長。航標燈采用LED作光源已有多年，目前的工作是改進和完善。道路交通信號燈近幾年來取得了長足的進步，技術發(fā)展較快，應用發(fā)展迅猛，中國每年有四萬套左右的訂單，而美國加州在一年內就用LED交通信號燈更換了五萬套傳統(tǒng)光源的信號燈，根據(jù)使用效果看，壽命長、省電和免維護效果是明顯的。采用LED的發(fā)光峰值波長是紅色630nm，黃色590nm，綠色505nm。應該注意的問題是驅動電流不應過大，否則夏天陽光下的高溫條件將會影響LED的壽命。最近，應用于飛機場作為標燈、投光燈和全向燈的LED機場專用信號燈也已獲成功并投入使用，多方反映效果很好。它具有自主知識產(chǎn)權，獲準兩項專利，可靠性好、節(jié)省用電、免維護、可推廣應用到各種機場、替代已沿用幾十年的舊信號燈，不僅亮度高，而且由于LED光色純度好，特別鮮明，易于信號識別。超高亮LED可以做成汽車的剎車燈、尾燈和方向燈，也可用于儀表照明和車內照明，它在耐震動、省電及長壽命方面比白熾燈有明顯的優(yōu)勢。用作剎車燈，它的響應時間為60ns，比白熾燈的140ms要短許多，在典型的高速公路上行駛，會增加4—6m的安全距離。LED作為液晶顯示的背光源，它不僅可作為綠色、紅色、藍色、白色，還可以作為變色背光源，已有許多產(chǎn)品進入生產(chǎn)及應用階段。最近，手機上液晶顯示屏用LED制作背光源，提升了產(chǎn)品的檔次，效果很好。采用8個藍色、24個綠色、32個紅色LuxeonLED制成的15英寸（1英寸≈5厘米）液晶屏的背光源，可達到120W，2500lm，亮度18000nits（尼特，cd/m2）。22液晶屏背光源也已制成，僅為6mm厚，不但混色效果好，顯色指數(shù)也達到80以上。大型背光源雖處于開發(fā)階段，但潛力很大。由于發(fā)光二極管亮度的提高和價格的下降，再加上長壽命、節(jié)電，驅動和控制較霓虹燈簡易，不僅能閃爍，還能變色，所以用超高亮度LED做成的單色、多色乃至變色的發(fā)光柱配以其他形狀的各色發(fā)光單元，裝飾高大建筑物、橋梁、街道及廣場等景觀工程效果很好，呈現(xiàn)一派色彩繽紛、星光閃爍及流光異彩的景象。已有不少單位生產(chǎn)LED光柱達萬米以上，彩燈幾萬個，正逐步推廣，估計會逐步擴大單獨形成一種產(chǎn)業(yè)。作為照明光源的LED光源應是白光，作為軍用的白光LED照明燈具，已有一些品種投入批量生產(chǎn)。由于LED光源無紅外輻射，便于隱蔽，再加上它還具有耐振動、適合于蓄電池供電、結構固體化及攜帶方便等優(yōu)點，將在特殊照明光源方面會有較大發(fā)展。作為民間使用的草坪燈、埋地燈已有規(guī)模生產(chǎn)，也有用作顯微鏡視場照明、手電、外科醫(yī)生的頭燈、博物館或畫展的照明以及閱讀臺燈。光是植物生長和發(fā)育最重要的環(huán)境因素之一，對植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成、光合作用、物質代謝及基因表達均有調控作用，因此溫室補光是實現(xiàn)植物優(yōu)質高產(chǎn)的重要途徑。近年來，發(fā)光二極管在植物工廠中的應用越來越廣泛，LED光源的波寬窄、能耗低、體積小、效率高、耐衰老、熱耗低的優(yōu)點，使其成為了眾多光質研究人員使用的新光源。為止，大量應用LED光源研究光環(huán)境對植物宏觀的形態(tài)、產(chǎn)量、品質的影響，以及對細胞顯微結構、植物分化、次生代謝物質的影響的研究層出不窮。在半導體照明裝置中，通常采用高功率高亮度的發(fā)光二極管（LED）作為光源，當在發(fā)光二極管中通以電流時，電子與空穴會直接復合，從而釋放能量發(fā)光，其具有功耗小、使用壽命長等優(yōu)點，在照明領域應用廣泛。然而，目前的光電轉換效率較低，有很大比重轉化為熱能，故LED芯片上的功率密度很大