一切正常状况下n型半导体中的自由电荷(从施主能级跃迁到本来是空带的导带中产生的自由电荷)没法翻过阻挡层能隙进到p型半导体，但如在p-n结二侧增加工作电压并 使n型半导体为正，p型半导体为负时，n型半导体导带中的自由电荷将翻过阻挡层进到p型半导体并与这其中的空穴复合型(自由电子复合型)电子器件潜能马上减少，释放的 所有潜能以光量子的方式向外辐射源(复合型发亮)，假如光子能量恰好在可见光范围则此类半导体元器件就变成能见光LED。

组成LED的半导体材料的阻挡层二侧的潜能差V决策了发送光的频率

或发送可见光波长为

式中C为光的速度C=3×108cm/秒，h为布朗克参量 h=6.624.10-27尔格/秒
e为电子电荷 e=4.88.10-10静电感应企业，V为p-n结电位差，企业为静电感应安培。

之上参数均选用c.g.s制企业，若将之上数据信息带入该表达式并变换为好用企业则得λ=1.233/V μm

式中V的公司为好用企业安培

以上p-n型半导体中载流器复合型造成的光一般 均为可见光，比如当阻挡层电位差为2.63V的时候造成核心光波长为470nm的高清蓝光(见Fig.2)，而在阻挡层电位差为2V的时候造成核心光波长为617nm的彩光。

Fig.2

半导体材料发光二极管一般 均为纯色(五颜六色)发亮元器件，这类发亮元器件特效高，色调单纯性，早以普遍适用于各种场所的表明，如各种显示灯，交通指示灯，显示屏五颜六色显示器，乃至显示屏彩色电视机等。

Ⅲ 白光LED

五颜六色LED虽已取得成功用以各种各样表明和标示元器件，殊不知针对照明灯具则是力不从心的，由于照明灯具灯源需要有有效的显色指数，因此 一般照明LED务必发白光灯。

一种计划方案是创造发明一种多电子能级自由电子复合型的复合性残渣半导体器件，使之立即造成多复色光，进而传出白光灯，殊不知此类计划方案至今末见有顺利的报道。

另一种计划方案是将发送红、绿、蓝三种灯色的发光二极管的处理器做在同一个芯管中，使之混光成乳白色，可是那样做成的白光灯发光二极管的灯色较弱，并且所发光线的某种一部分依然展现原先颜色，因而这类计划方案已被放弃了。
现阶段使用的方法是在高清蓝光或近紫外线LED芯片上涂覆全色或淡黄色夜光粉，进而获得白光LED，夜光粉的品质、镀层薄厚稍有影响均将明显影响到其显色性、led色温、特效和光损。

Fig.3 a、b、c、d表明了发送峰为470nm的高清蓝光LED激起夜光粉后的光谱分析法，涂覆夜光粉是消化吸收峰为450nm，发送峰为550nm的淡黄色 夜光粉，涂覆薄厚不与此同时夜光粉层对高清蓝光的消化吸收抗压强度及其发送莹光的抗压强度均不一样，所出现的光谱仪和灯色都不同样，其状况示以下表：

Fig.3a

Fig.3b

Fig.3c

Fig.3d

　该实验中镀层薄厚精确测量不精确，因此 未于标明。辐射源流明值测试标准亦不精准，因此 只得出相对性数据信息。试验说明夜光粉镀层薄厚、工艺处理对白光LED的光谱分析法、流明值、色柔和显色性的危害极大，因此 加工工艺务必十分严苛，不然其一致性必然减少。

白光LED面世近十年来在加工工艺、原材料等层面的确得到了非常大进度，其单粒输出功率、特效均已获得较大提升，最突显意味着之一是薄型GaN LED。当今白光LED获得的具体进度为：

1、 改善半导体器件纯净度和夹杂加工工艺，以提升自由电子相对密度和内量子效率。

2、 选用纤薄构造，其活力层仅为数纳米技术，进而降低内量子科技消化吸收，增加了量子科技輸出。

3、 在p-n结底端涂以高透射率膜层使内向型辐射源的量子反射面以增加量子科技輸出。

4、 輸出窗内表层不光滑化，进而降低向外扩散的量子在輸出窗内表层处反射面折返到LED中的概率。

5、 选用高烧导绝缘层瓷器作底材原材料，和大辐射范围热管散热器以改进 p-n结排热标准，减少结溫度。

6、 开发设计近紫外线LED及高效率、耐热三基色全色夜光粉以增强其运行溫度、光变换高效率、显色指数并延长寿命。

7、 找寻耐热半导体器件、使LED功率大的化。

在采用众多合理方法后现阶段白光LED的试验室水准的特效已达130~150lm/w，单粒输出功率可以达到10W。

Ⅳ LED的发亮高效率、热耗和改善

白光LED的功绩是突出的，使之很有可能变成 一种将来的高特效、寿命长、成本低照明灯具元器件，并在照明灯具行业占有主要影响力，乃至有可能变成最广泛应用的通用性灯源，可是在现阶段也有众多至关重要的问题必须 处理，其最明显的一个基本上难题便是排热。

LED是运用自由电子复合型发亮的。在电子器件与空穴复合型时其潜能转换为量子，这种量子立即向外辐射源时很有可能变成 输 出光，而向内或向四侧辐射源的部位则将被消化吸收转换为能源，即便 向外扩散的光量子也将有一部分为輸出窗消化吸收或为其中表层反射面后再消化吸收，最终变成 內部热耗。因此 LED的特效不但决策于其中光量子高效率(即其键入能量转化为光子能量的高效率)，并且与光量子获取率即外光量子高效率立即有关。

白光LED 不但存有如上所述的自由电子复合型的量子高效率和量子获取率的难题，并且有輸出光量子与夜光粉功效变换为新光量子的内、外量子效率难题，如何选择LED的发送波 长，找寻最好配对的高效率夜光粉以获得较大量子变换速率和量子輸出率，进而确保高的发亮高效率也是白光LED的至关重要的问题，这一难题仍有很多工作中必须 进行而 这也正缓解LED发烫难题的重要。

如所周知传统式灯源如日光灯、放电灯均靠将发光物加温到一定溫度后能够造成辐射源，高溫是闪光的前 无理要求，比如日光灯需将灯丝加温到2800℃或高些(卤素大灯)，这时候灯丝将辐射源很多的红外感应、能见光和少量紫外线，加温输出功率中辐射源之外的动能余留到灯自身 使之维持高溫，这一部分动能不够输入功率的50%，而它恰好是维持发光物以适度溫度，保持发亮所务必。而荧光灯管则以70%之上的输入功率转换为紫外线及由此可见 光，紫外线则经夜光粉转换为能见光，总输输出功率的30%留到在灯中用以保持灯的最好操作温度和最大发亮高效率。

LED是在n型半导体 中的自由电荷翻过阻挡层进到p型半导体，与并在其中的空穴复合型时所有潜能转换为太阳能，与此同时造成一个光量子，这也是一种冷体发亮，因为此类发亮的总产量子效 率<50%，辐射源太阳能之外的所有动能包含电流量根据n型和p型半导体及其阻挡层时的电阻器热及其电子器件本身的机械能等均损耗在半导体材料中并集中化阻挡层周边使之 加温，导致p-n结的升温，而这类升温使阻挡层电阻器降低，能隙降低，减少了自由电子复合型的内、外量子效率和发亮高效率。p-n极的高溫与此同时还影响到了夜光粉的发 光高效率乃至导致永久毁坏造成光损，并使本来理应较长的LED使用寿命大幅度降低。

全国各地十多处LED的太阳能发电路灯照明示范工程中早已百分之 之百失败了。路面表层光照强度在应用1000~2000钟头或更短期内之后减少了一半，其根本原因就取决于设计师按生产商得出的特效和工作中点将LED使用了極限， 一般 1W的LED，按工厂指标值特效均为70lm/w，殊不知在那样的标准下1W的输出功率损耗在不够1mm2的处理器上，而又沒有有效的方式将这一部分耗能迅速导走， 因此使其温高到150℃甚至是高些，这就是使夜光粉被快速毁坏，光保持率快速降低、使用寿命意想不到的短的缘故。为增加白光LED的使用寿命务必：

1、 进一步提高LED的总光量子高效率，这一高效率的增强代表着大量热传递为太阳能辐射源出来 ，损耗在p-n结的动能的降低操作温度减少，这对p-n极本身的工作态度和夜光粉工作中情况和使用寿命的增加全是非常重要的。

2、 进一步改善夜光粉，提升其量子效率和能够承担的操作温度，亦即创造发明一种高效率高操作温度夜光粉，也就能在更好的操作温度下运行而不被毁坏。

3、 应用时减少白光LED的工作要求，不必把实验数据信息或试验室数据信息当做商品一切正常运作的数据信息，比如对生产厂家给的 称为1W特效为70lm/W的白光LED数最多只可以工作中在0.7W，特效约50lm/W，在那样的标准下还可以获得比较认可的使用期限，比如 8000~10000钟头。对于称为的50000、100000钟头的使用寿命对白光LED来讲依然仅仅一种心愿。你们把纯色LED的使用寿命强加于给白光LED 了。在提及白光LED的使用寿命时请别忘记夜光粉的使用寿命。对灯源界同事来讲大家十分明确，灯源的使用寿命并不是以它能否仍在发亮为规范的。大家的标准规定是以光保持率 为指标值的，当传出的流明值为原始流明值或允差流明值的一半时其使用寿命早已终结。此外灯源工作人员也从来都不是把灯源能到达的最大特效做为特效，只是以在有效使用寿命 标准下一切正常运行时的特效为特效的。按自己工作经验说白了1W，特效70lm/W的白光LED只有按0.6~0.7W，特效数最多为50lm/W的灯源应用，许多供 应商们对于此事持差异建议，她们觉得自己所说的是国商品 “大家的(台产、日本或英国商品)白光LED是非常不错的”。对于此事自己不彻底猜疑，可是在自己所看见的 早已黯淡无光的白光LED亮化照明中不贬十分贵重的泊来品。

4、 改善排热标准，将LED芯片损耗的能源大量更迅速地导走，以减少其操作温度进而维持较高的特效和较长的使用寿命，现阶段选用传热陶瓷基片和铝散热器的办法减少p-n结溫度，对小输出功率白光LED是合理的，但对1W之上大电力电子器件尚难令人满意。

5、 对功率大的白光LED仍需做大量的检验和改善，不必盲目跟风推动示范工程，许多地域领导干部在“参谋长”们的诱骗下强制命令修建LED的路灯照明示范工程不是 科学研究的，这会得不偿失的，那样的经验教训早已太多了，该思索一下了。许多海外的权威专家不乏嘲讽地说“在白光LED照明灯具层面你们我国已走向全球的前端”，“大家认 为白光LED在灯光层面规模性的营销推广最少还需8~10年，而你们我国早已开始了”，外国人们的这类可能很有可能传统一点，殊不知2010年所有替代紧凑荧光灯管的 可能好像热糊里糊涂了。

Fig.5

白光LED的运用

白光LED是一种高特效、寿命长灯源，应用前景极其看 好，很多用以基本照明灯具，一部分替代基本灯源仅仅时间问题。伴随着时间流逝和特性的改善它能够代替的灯源种类和总量将不断发展，如同当初半导体材料电子元件之替代 真空泵电子元器件半导体材料激光发生器之替代汽体激光发生器一样。殊不知这是一个发展趋势的肯定全过程，依时机成熟水平而渐变色，并非一个指令就能在一夜之间进行的。在现阶段情况下 LED发展趋势时日尚短，还有众多主要参数必须 改善，应在其早已完善的行业逐步推广。

1、 部分范畴低光照强度照明灯具层面LED有其无法替代的优点，比如手电、小台灯照明灯具，橱窗展示、小百货照明灯具。因为LED的光辐射集中化在一定发送角实远遍布集中化，因此可获得高效率、环保节能的实际效果。

2、 小规格液晶显示器的LEDled背光，因为所运用的LED功率较小，总数很少，p-n结发烫不比较严重，因此 能够获得很好的实际效果。可是大规模表明板则存 在较多难题，比如很多聚集的LED列阵的排热难题难以处理，而其费用难题一时也难处理。p-n级高溫应用所产生的使用期限难题也是需要考量的。

3、 室内采光如做为小夜灯、床头台灯、小台灯或光照强度规定较低的走廊灯等，虽照渡过低，但是其环保节能、寿命长及其成本费较低的优点。殊不知公司办公室、会议厅、教室里、餐 厅等光照强度需求较高，直射间距又远的地方用LED作关键照明灯具灯源，现阶段不但成本费太高，实际效果都不理想化，与传统的照明灯具灯源对比还有显著的差别。

4、 路灯照明：现阶段常见灯源为250W或400W金属卤化物灯或金属材料卤化物灯，其流明值约为20000~40000lm，使用寿命6000~10000钟头， 若使1W，70lm/w的白光LED替代，如做到同样照明灯具实际效果则最少必须 300粒LED，其市场价约6000元，为基本灯源的50倍之上，但如前所述此类 LED只有按0.7W，50lm/W测算，不然使用寿命将不符合规定。因而即便 按之上设计方案具体做到的流明值仅有15000lm/W。除价格比较贵外，这般多的 LED的阵列组成，其难度系数及花费亦十分价格昂贵，而其排热难题更变成一个让人烦恼的难题。

在选用LED作道路照明时另一个必须 考量的 难题是光照强度遍布，所看见的全部以LED作灯源的路面灯光设计全是将LED安裝在一块平板电脑上再装进照明灯具中。照明灯具的首要功效仅仅肩台LED和遮风挡雨，对光线分 布不起任何的功效，而地面的光照强度遍布则彻底由LED本身的光发送角明确，以致在地面产生了显著的班马效用，正对着灯下边的地区较亮，而在二灯中间则产生显著暗 区，因而选用LED作道路照明时必需考虑到二次光学系统难题，以求取比较均衡的地面光照强度。

大家具体调查了一条选用白光LED的太阳能发电 道路照明示范工程，灯高9米，灯输出功率100W，下方路面的平面图光照强度为3.5 Lx，出现异常灰暗视线不清，且二灯中间3/5的道路更彻底无光。据策划者介 绍，1个半月前工程项目刚竣工时路面光照强度为7Lx。与之相匹配的选用金属卤化物灯的另一太阳能发电亮化照明，灯输出功率105W，下方光照强度为19Lx，灯距30米，二灯中间 的圆心路面光照强度11Lx。由此可见与基本灯源对比在当前情况下选用白光LED作路灯照明灯源是很不适合的，除时尚到外，不管从特效、使用寿命或者照明灯具实际效果考虑到看不 出一切优点。

5、 车辆前大灯照明灯具：LED是一种投影式灯源，非常容易想到以功率大的白光LED做为车辆前照灯源。现阶段已经大力发展并 将变成 规范LED头灯灯源配备的是35W氙气金属卤化物灯，其系统软件输入功率为42W，輸出流明值为3200~3500lm。若改成LED作前照灯源，即便 以 70lm/W的特效计必须 总输出功率为50W的白光LED，在当前状况下功率大的白光LED商品的单粒输入功率为1W，较大为3W。而10W/粒的LED务必由 试验室专业制做，即便选用10W/粒的LED也需4~5粒，即便 不考量其价钱，这般功率大的LED p-n结所损耗的能源在30~35W之上，将这般大的热 耗及时导走，以保证其p-n结溫度在有效范畴是一个难点，假如无法彻底解决这个问题，LED车辆LED头灯只有是样版车，难以好用营销推广。将D1S型车配氙气金属卤化物灯安 装在照明灯具中，照明灯具工作温度为25℃，均衡时评测的灯总输入功率为35±0.3W，除去由此可见、红外线、紫外线辐射源，其他输出功率关键耗于电孤管加温。即便如此，其灯 头外表温度为185℃。在那样的静态数据试验中灯口溫度已这般之高，在机动车驾驶时广告灯箱体里的环境温度在85℃上下，灯口溫度更将升高，在那样的标准下若选用LED 作灯口，灯口溫度必然远超200℃。LED本身溫度必然高些，这般高的p-n结溫度不但LED本身承受不住，而将LED发送的高清蓝光或近紫外线变换为白光灯的 夜光粉更无法长期性承担那样的高溫，从而产生的LED的衰耗和使用寿命是无法进行的。在这样高的温度中选用气旋制冷LED是毫无效果的。为使LED能真真正正成 为车辆LED头灯并获得消费者认同务必保证其使用期限不少于3000钟头，而各类技术参数务必考虑应用规定，因此在当前情况下能够采用下列对策：

a、 选用制冷设备使LED的p-n结逼迫制冷。单纯性增加热管散热器和强制性气旋制冷是不太可能使LED合理减温的，由于周边工作温度太高了。但那样的方法将使灯的系统软件特效大幅降低。

b、 更改动力系统，选用电能推动，由于电机运行时的操作温度比天然气机低得多，在较低的工作温度下能够根据增加热管散热，选用强气旋制冷、减少LED溫度以保障其一切正常运行工作中标准。

c、 更改汽车构造将动力系统从车前移到后尾，以减少LED头灯周边的工作温度，进而能够使用基本气旋制冷方式，使LED的操作温度减少。

d、 创造发明新的能在持续高温下正常的作业的LED芯片原材料和构造，及其相符合的能在持续高温下一切正常运作的高转化高效率夜光粉。

Ⅵ　结果

白光LED可能变成 新一代的高效率环保节能灯源，并很多替代基本照明灯具灯源中的一些种类或一些行业中的运用。但它将在较长一段时间中与现在的绝大多数照明灯具灯源共 存，那时候日光灯、卤素大灯在一般照明灯具行业将大幅度降低。在由此可见未来白光LED可能在小输出功率照明灯具行业与紧凑荧光灯管共存，视发展趋势状况而彼此之间相互交织。可是近期 5~十年之内，白光LED务必大大提高其商品的特性，提升单粒输出功率和特效。尤其是怎么制定出合理排热对策以减少p-n结溫度，减缓夜光粉的脆化跟光 衰，自然更高效率承担高些溫度的夜光粉的研制也应该是勤奋的一个关键层面。

大家希望白光LED在构造、技术性，加工工艺和原材料层面能有 新突破。现阶段的对LED开展改进的基本传统式方式很有可能必须 很长期才可以使白光LED做到大规模营销推广并用以一般照明灯具的性能参数。自然即便 在白光LED大规模使 用以基本照明灯具以后仍将是多种多样灯源并存的时期。白光LED是无法替代全部灯源的，尤其是一些功率大的性能卓越和特别用处的灯源。