led光电特性研究论文

LED的性能及优、缺点:辉度低 功率小

在工作原理上的差别：LED是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光，而LD是受激辐射复合发光。在结构上的差别：LD有光学谐振腔，使产生的光子在腔内振荡放大，LED没有谐振腔。性能上的差别 ：LED没有阈值特性 ,光谱密度比LD高几个数量级 , LED输出光功率小,发散角大。LED其特点： ①不存在阈值特性 ②不存在模式分配噪音 ③工作稳定，无需温控 ④工作寿命长 ⑤成品率高，价格便宜。

LED的应用优势1、前言 能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，地球已经疲惫不堪，改变人们的能源获取方式以及提高能源利用率已经成为当前世人的共识。由于在世界电力的使用结构中，照明用电约占总用电量的19％；英国布赖恩•爱德华兹在其编写的《可持续性建筑》中指出，在英国消耗的全部能源当中，大约有一半与建筑有关，而建筑的人工照明耗能则占其建筑耗能总量的15％～50％；在我国照明用电约占全国总用电量的12％，而且我国每年的照明用电增速（保守估计）大约为5％。从上面的数据我们可以看出，虽然因各国经济发展的水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国能源消费的重要组成部分。照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手问题。新型高效光源，特别是白色光源（适用于一般照明）的发展对于大幅度降低照明用电量具有很重要的作用，因为它可以降低电能消耗增长速度，进而减少新增电网容量的费用，降低能源消耗以及减少向大气中排放的温室气体及其他污染物。LED，特别是白色光LED，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优越性，受到广大专业人士的青睐。它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。笔者将就LED的性能、现状等作简要的介绍和分析。2、LED的优势正如上文所述，作为一种冷光源，LED具有很多传统光源所不能比拟的优势。（1）不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输。 （2）灯源单元较小，使得布灯更为灵活，而且能够更好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果。 （3）能够较好地控制发光光谱组成，从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明，如图1所示。 （4）理论上具有与传统光源相比更高的发光效率，理论上LED的发光效率大于200lm/W，从而具有相当巨大的节能潜力。 （5）寿命更长，实验室寿命可达100000h，且光源可以频繁地亮灭，而不会影响其寿命，并且启动速度非常快。 （6）可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小，从而发出各种颜色的光线，且彩度更高，如图2所示。 （7）光源中不添加汞，有利于保护环境。 （8）LED发光具有很强的方向性，从而可以更好地控制光线，提高系统的照明效率。比如，ChipsChipalkatti在美国光电产业发展协会（OIDA）举办的半导体照明研讨会上发表的《LEDSystemsforLighting：WheretheRubberHitstheRoad》指出：尽管15W荧光灯的发光效能大约为60lm/W，但是经过灯具的折减就变为了35lm/W，如果再考虑照射到目标区域以外的光线，则只有30lm/W。而半导体光源在这些环节上的折减则会少很多。 （9）使用低压直流电，具有负载小、干扰弱的优点。与传统光源相比，LED特别是白光LED在一般照明领域中的优势和节能潜力，使它日益受到政府部门及相关专业人员的关注，也成为了当前半导体研究领域以及照明产业中的热点。继美国发起了Solid－StateLighting（SSL）R＆DPor-tfolio以支持本国的LED研究、开发项目后，欧洲、韩国、日本也都纷纷制定了政府资助的研究计划以支持半导体照明产业的迅速发展。正是在各国政府的支持以及巨大的市场潜力引导下，各大照明企业也纷纷投入巨大的财力和研究力量，以期在这个新兴市场上获得先机。也正是由于这种竞争，才促使半导体照明业取得了迅猛发展和突破：Cree公司开发出发光效能为74lm/W的白色LED，LaminaCeramics公司也封装出额定光通为120lm的当前最紧凑的RGB型LED光源……一系列技术上的突破向我们预示着一个新的照明时代的到来。但是作为一个新兴的技术领域，半导体照明行业还处于一个快速发展阶段，科技进步令我们感到欣喜，但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度，与传统的光源相比，都还不成熟不健全。要真正实现用LED代替传统光源还有一段很长的路要走，还有很多技术难题需要解决。3、LED技术难题理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上，而现有的白光LED则只有70lm/W左右，与节能型荧光灯相比还有一定差距；而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势（见右上表）。因此如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为现在相关从业人员所必须要面对的技术难题。而要真正开拓出一个全新的半导体照明时代，我们还要从以下几个方面努力攻克技术难题以及进一步规范半导体照明市场。3.1、LED芯片芯片是LED的核心，它的内部量子效率的高低直接影响到LED的发光效能，非辐射复合率则决定着芯片产热的大小。可以说只有制造出具有良好质量的LED芯片，才可能有性能优越的LED光源。为了能够尽量提高内部量子效率以及减少无辐射复合率，主要从两个方面来改善芯片质量，也就是选择合理的芯片结构和控制芯片的缺陷密度。LED芯片的结构有单异质结构、双异质结构以及量子阱结构等，它对发光效率具有很大的影响。目前使用最为广泛且最有效率的芯片结构为多量子阱结构（Multi－QuantumWellStructure）。对于LED而言，外延片与衬底的晶格常数以及热涨系数是否匹配、外延片制备工艺等都会直接影响晶格的缺陷密度。这些缺陷可能在某些条件下，特别是对于Ⅲ－氮的发光可能有利，但是就大部分情况而言，因为这些缺陷的存在，会缩短芯片的连续工作寿命，减少载流子密度进而降低发光输出，以及可能成为无辐射复合中心。因此如何选择合理的芯片结构，了解晶格缺陷对LED芯片发光的影响机理从而更好地控制不利缺陷的产生，也就成为了当前我们所必须面对的重要课题之一。3.2、LED封装与散热LED的封装必须要处理好：应该尽量减少光线在LED内部全反射，增加衬底基板反射率，从而使尽量多的光线能够透射出来，提高LED的外部量子效率，也就是增加LED的发光效能。现有技术包括衬底剥离技术（Lift－off）、Flip－Chip技术等。还应该选择新型的封装材料，以减少因为紫外线照射而引起的封装材料发黄等带来的颜色变化。LED的散热问题是影响LED驱动电流提升的一个重要因素。根据下列公式： TJ＝TA+PD（θJ-P+θP-A）=TA+PDθJ-A 其中，TJ——p－n结处的温度； TA——环境温度； PD——耗散功率； θJ-P——结点与阴极插头之间的热阻； θP-A——阴极插头与空气之间的热阻；LED芯片结点处的温度TA直接影响到LED的寿命，因此LED的散热能力强弱就限制了LED功率的大小，以及安装使用环境的温度。3.3、白光LED如何能制备出具有高显色性、高发光效能的白光LED，是LED能够在一般照明中广泛使用的一个前提。对于白光LED而言，发光效能、显色性以及成本都决定着它在照明市场中的竞争力。当前制备白光LED的方法可以分为三种：红、绿、蓝（RGB）多芯片组合白光技术，单芯片加荧光粉合成白光技术以及MOCVA直接生长多有源区的白光LED技术。几种技术相比而言，除了正在处于研究探索阶段的MOCVA直接生长多有源区的白光LED技术外，虽然RGB型LED具有发光效能高、显色性好等优点，但是三种芯片性能的不同，使得它们因驱动电流或温度等因素的影响而发生色漂移，影响照明稳定性。而对于单芯片加荧光粉合成白光技术，又分为了蓝光芯片与黄光荧光粉型LED和紫外线LED加RGB荧光粉LED。蓝黄光LED缺失红光部分，因而有很难发出具有高显色性白光（R85），同时还会产生Halo效应（有方向性的LED出光和荧光粉的散射光角分布不一样）等缺陷；而紫外线LED加RGB荧光粉LED则克服了这些不足，成为了当前性能较好的一种白光LED。4、结束语LED以其巨大的节能潜力以及良好的照明性能为我们打开了一个全新的技术领域。但是它也面临着上文所提出的诸多技术和制度上的障碍，使得LED产品的价格仍然非常的昂贵，性能容易受到外部环境条件的影响，而且由于对晶体性能的研究仍然未完全成熟，制约着LED的进一步推广。当然这一切都不能阻止一个全新照明时代的到来，LED是属于21世纪的绿色光源。但它可能更多地属于未来，正如美国能源部2002年编写的《LightEmittingDiodes（LEDs）forGeneralIllumination》中预期的，LED要到2012年左右才能够在照明中取代荧光灯。在我们的照明设计过程中，我们应该以一种理性的态度去看待LED的应用，应该在真正了解LED性能前提下，根据环境的条件，合理地选择使用LED，才能真正创造出一个节能而优质的照明光环境。

钙钛矿纳米晶体是发光二极管（LED）的特殊候选材料。然而，它们在固体薄膜中不稳定，这破坏了它们作为LED的潜力。

在这里，美国洛斯阿拉莫斯实验室等单位的研究人员证明了 稳定在金属-有机框架（MOF）薄膜中的钙钛矿纳米晶体可以制造出明亮和稳定的LED 。MOF薄膜中的钙钛矿纳米晶可以在连续的紫外光照射、热应力和电应力下保持光致发光和电致发光。光学和X射线光谱显示，强发射源于局域载流子复合。由钙钛矿型MOF纳米晶体制成的发光二极管的最大外量子效率超过15%，超过105 cdm 2的高亮度。在LED工作过程中，通过MOF基质的保护，纳米晶体可以得到很好的保护，没有离子迁移或晶体合并，可以有50小时以上的稳定性能。相关论文以题目为“Bright and stable light-emitting diodes made with perovskite nanocrystals stabilized in metal–organic frameworks”于2021年发表在Nature Photonics期刊上。

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金属卤化物钙钛矿纳米晶体是新兴的光发射器，具有可调谐的光学带隙、改进的颜色纯度和高光致发光量子产率（PLQY）。这些特性归因于纳米结构中的限制效应、电子-空穴对结合能和电荷局部化。可使用溶液法制备薄膜，这使得钙钛矿纳米晶体成为发光二极管（LED）、激光器和辐射闪烁体中应用的诱人候选材料。令人印象深刻的是，基于钙钛矿纳米晶的LED已经达到了创纪录的超过20%的外部量子效率（EQE）值。尽管有这些优点，稳定钙钛矿纳米晶体仍然是一个挑战。研究表明，在环境条件下，CsPbBr 3纳米晶可以合并到体相，使发射特性猝灭十倍。也有人提出，在潮湿环境中，纳米晶体可以在恒定的紫外线（UV）照射下降解回其前驱体，这是用于显示器时的一个关键问题。

为了解决这些问题，人们进行了大量的努力来设计更坚固的配体，加入添加剂，并引入交联剂来保护纳米晶体免受周围环境的影响。为了解决这些瓶颈问题，最近一些有趣的概念巧妙地使用了金属-有机框架（MOF）作为基质，其中含有钙钛矿纳米晶体。此类系统表现出显著改善的材料稳定性，PLQY值超过50%。MOF的多孔性和钙钛矿型纳米晶体的光电特性相结合，使得该材料在光电化学和催化方面具有很高的应用前景。然而，这些研究大多集中在使用粉末，钙钛矿型MOF（PeMOF）结构从未被用作LED应用中的发射层。这主要是因为在沉积高质量二极管所需的均匀薄膜方面存在挑战。此外，为了实现有效的电荷注入，必须考虑通过加入大量绝缘组件在导电性方面进行权衡。（文：爱新觉罗星）

图1 | PEM薄膜的形成和表征。

图2 | PEMA薄膜的TEM图像分析。

图3 | LeD器件性能特征的分析。

楼主明显是想问 LED和LCD的对比二楼答了一堆LED照明的内容，辛苦了。。。LCD就是常见的液晶显示器。LED是指二极管，特指会发光的发光二级管。液晶显示由于液晶本身不会发光，所以必须使用背光源照亮画面。目前使用的最新光源就是LCD光源，所以说把led应用于lcd。LED相比传统光源的优势有 ：(1)光效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到80%-90%。而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。(2)光线质量高：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。(3)能耗小：单体功率一般在0.05-1w，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。以其作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-10。(4)寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体灯正常情况下可以使用50年，即使长命百岁的人，一生最多也就用2只灯。(5)可靠耐用：没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小，维护费用极为低廉。(6)应用灵活：体积小，可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。(7)安全：单位工作电压大致在1.5-5v之间，工作电流在20-70mA之间。(8)绿色环保：废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞成分。(9)响应时间短：适应频繁开关以及高频运作的场合。 LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为10:1，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160°的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用前景。 另一个角度说： 完全不一样的概念,LED是发光二极管属于二极管的一种,lcd是液晶显示器,两者相差太多.但是用LED的点阵也能组成显示器,适用于户外大屏幕显示,分辨率较低 首先明确一点，显示大小面积相同的情况下。LED的造价比LCD小很多。但是LCD的显示细节（分辨率）要远远高于LED。LCD现在多用于电脑显示器，会展等户外使用已经很少用到LCD了。因为其发光原理的缺陷，使得它有一定的画面滞后，而且不拥有较好的观看角度，很难得到理想的视觉效果。所以，渐渐退出了户外使用的竞争，取而代之的是等离子。而LED用在显示上，更多的是大屏幕，例如足球场上的大屏幕。小的当然也有，例如公车上显示站名的显示器。其特点是节能、色彩较好，但分辨率很低。