LED基础知识之常见LED介绍

led

　　指蓝色发光二极管。发光波长的中心为470nm前后。用于照明器具和指示器等蓝色显示部分的光源、LED显示屏的蓝色光源以及液晶面板的背照灯光源等。与荧光体材料组合使用可得到白色光。目前的白色LED一般采用蓝色LED与荧光材料相组合的构造。

　　蓝色LED得以广泛应用的契机，是日亚化学工业于1993年12月在业内首次开发出了光强达1cd以上的品种。而在此之前，还没有蓝色纯度较高且具有实用光强的LED。因此，采用LED的大尺寸显示屏无法实现全彩显示。

　　蓝色LED的材料使用氮化镓（GaN）类半导体。以前曾盛行用硒化锌（ZnSe）类半导体开发蓝色LED，但自从1993年12月采用GaN类半导体的高亮度蓝色LED被开发出来后，蓝色LED的主流就变成了采用GaN类半导体的产品。

罗姆的蓝色LED的发光情景。

　　蓝色LED的构造为，在蓝宝石或者SiC底板等的表面上，重叠层积氮化铝（AlN）半导体层和GaN类半导体层。在称为活性层、发蓝色光的部分设置了使p型GaN类半导体层和n型GaN类半导体层重叠的构造。

　　pn结是制作高亮度LED所必须采用的构造。在使用GaN以外材料的红色等LED中，pn结很早以前就是主流构造。而在1993年高亮度蓝色LED面世之前，采用GaN类材料难以实现pn结。原因是制成n型GaN类半导体层虽较为简单，但p型GaN系半导体层的制作则较为困难。之后，通过对在p型GaN类半导体层和n型GaN类半导体层之间配置的GaN类半导体层采用多重量子阱构造，并进一步改善GaN类半导体层的质量，光强获得了大幅提高。

    绿色LED

　　发射绿光的二极管。发光中心波长在560nm左右。用于霓虹灯和指示器、LED显示器的光源以及液晶面板的背照灯光源等。

　　绿色LED与红色LED及蓝色LED相比，被认为尚有较大的改进余地。组合红色LED、绿色LED和蓝色LED构成LED显示器或液晶面板的背照灯光源时，为了调制成亮度高且均衡的白色，考虑到人眼的视觉灵敏度，RGB三色LED光量的分配比例需为约3:6:1或者约3:7:1。因绿色LED的亮度不足，因此必须使用多个绿色LED来提高输出功率。绿色LED主要使用的GaN类半导体材料比用于蓝色LED时的效率低，输入相同的电力，光输出功率较低。

　　这种状况开始出现改观。日本国内外的大学和LED芯片厂商等已开始着手研究通过改变GaN结晶的成长面，来大幅提高效率。如果GaN类半导体的结晶面得以改变，有可能会将绿色LED的效率提高至目前的2倍以上。

　　目前销售的GaN类半导体绿色LED效率低下的原因主要在于压电场。压电场是指因结晶构造的应力而导致的压电极化所产生的电场。市场上销售的绿色LED多是以GaN结晶的极性面c面（0001）为成长面，以其法线方向（c轴）为成长轴的层积GaN类半导体层等。通过改变成长轴来减弱压电极化，以与GaN类结晶的c面垂直的称为a面或m面的非极性面，或者相对于c面倾斜的半极性面为成长面，以每个面的法线方向为成长轴的绿色LED的研究非常活跃。

    红色LED

　　发射红光的二极管。发光中心波长在620～630nm左右。主要用于霓虹灯、指示器、汽车尾灯和信号机等中的红色显示部分的光源、LED显示器的红色光源以及液晶面板的背照灯光源等，应用范围广泛。

　　目前，红色LED的主流材料是A lInGaP化合物半导体。AlInGaP因使用Al，Ga，In和P这4种元素，所以称为4元材料。在LED领域4元材料一般就是指AlInGaP。不仅仅是红色，AlInGaP还涵盖了从红色到黄色的波长范围。

　　进入20世纪90年代后AlInGaP的亮度迅速增加。这是由于以MOCVD法为代表的气相外延成长技术取得进步，结晶的质量得以提高的结果。而在AlInGaP面世以前，GaAs类半导体为主流材料。采用的是液相外延成长技术。

 

罗姆的红色LED的发光情景

　　红色LED与蓝色LED及绿色LED相比，驱动电压和温度特性有所不同。这是因为半导体材料不同，红色LED采用AlInGaP，而蓝色LED和绿色LED采用GaN类材料。驱动电压（正向电压）方面，红色LED为2V以上，而蓝色LED和绿色LED为3V以上。温度特性方面，红色LED的输出功率会因温度影响而发生较大的变化，高温时输出功率的降低比绿色LED和蓝色LED要明显。因这些特征上的差异，液晶面板的背照灯和LED显示器等组合使用红色LED、蓝色LED和绿色LED时就需要采取相应的措施。例如，利用色彩传感器监测红色LED的特性变化，还需要提高LED的散热性能等。

　　※InGaN和AlInGaP在绿色波长帯的外部量子效率均大幅下降。

    紫外LED

　　发射紫外光的二极管。一般指发光中心波长在400nm以下的LED，但有时将发光波长大于380nm时称为近紫外LED，而短于300nm时称为深紫外LED。因短波长光线的杀菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家电等的杀菌及除臭等用途……

　　发射紫外光的二极管。一般指发光中心波长在400nm以下的LED，但有时将发光波长大于380nm时称为近紫外LED，而短于300nm时称为深紫外LED。因短波长光线的杀菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家电等的杀菌及除臭等用途，以及与荧光体组合发出可视光的LED等用途。例如将红色、绿色和蓝色荧光体与紫外LED组合，可获得白色LED。

　　紫外LED主要采用GaN类半导体。产品方面，日亚化学工业上市了发光中心波长从365nm～385nm不等的品种，Nitride Semiconductor上市了发光中心波长为355nm～375nm不等的品种。

 
日亚化学工业2002年发布的紫外LED
LED芯片的尺寸为1mm×1mm，为普通LED的10倍，而且收纳于具有金属封装内。

　　波长不足300nm的深紫外LED的开发活动也很活跃。2008年理化学研究所和松下电工曾公布，采用GaN类半导体的InAlGaN开发出了发光中心波长为282nm，光输出功率为10mW的深紫外LED。波长更短的深紫外LED方面，NTT物性科学基础研究所采用AlN材料开发出了发光中心波长为210nm的深紫外LED。

　　红外LED

　　发射红外光线的二极管。一般指发光中心波长超过700nm的LED。多用作遥控器和红外线通信的光源、测距传感器光源、光电耦合器光源以及打印机机头的光源等。红外LED使用AlGaAsP等GaAs类半导体材料。

　　红外LED的正向电压约为1.5V。与红色LED的2V以上和蓝色LED的3V以上相比要低。

　　红外LED的历史悠久。1962年就发现了利用以GaAs为代表的III-Ⅴ族化合物半导体的pn结可放射出相当于红外光的电磁波的现象。