LED的發(fā)展歷史及發(fā)光原理分析概述LED的發(fā)展歷史從白熾燈被發(fā)明為人類帶來了新型光源，到現(xiàn)在人造照明光源的技術(shù)仍然在不斷的改革中得到飛速發(fā)展，自第一代照明光源白熾燈誕生到第二代照明光源,經(jīng)過不斷地技術(shù)革新又產(chǎn)生了第三代照明光源，現(xiàn)如今在較大領(lǐng)域所應(yīng)用的基礎(chǔ)照明設(shè)備便是第四代新型照明光源發(fā)光二極管（LED），四代原理不同的照明設(shè)備在其發(fā)明之初，均被廣泛應(yīng)用于日常生活照明領(lǐng)域。早期應(yīng)用于照明領(lǐng)域的白熾燈，發(fā)光原理為熱致發(fā)光，在早期社會其具有結(jié)構(gòu)簡單、顯色性好等諸多優(yōu)秀的特點，于是得到了飛速發(fā)展。但由于其發(fā)光機制的問題，其不對燈絲有著極高的要求，并且其會導(dǎo)致能源的過度損耗可利用效率偏低等諸多不良影響[1]。在如今不可再生能源的供應(yīng)不足、外部環(huán)境污染破壞日益加重的背景下，如何開發(fā)出一種節(jié)能環(huán)保、又能夠長期持續(xù)使用的新型照明設(shè)備成為關(guān)鍵突破口。在科研人員長期對于LED的研究中發(fā)現(xiàn)，LED光源的使用壽命在自然使用的情況下相對于其他幾類照明光源較長，并且在使用中相較于前三代的照明光源更為節(jié)能環(huán)保，可作為理想的新一代照明光源。基于LED照明光源在使用過程中所體現(xiàn)出的諸多優(yōu)良特性，LED又被稱為綠色光源，LED照明光源也被公認(rèn)為是全球照明領(lǐng)域迄今為止最高效節(jié)能的人造照明光源。LED（Light-Emitting-Diode）為發(fā)光二極管的英文簡寫，在目前關(guān)于LED研究中較為主流的兩類芯片分別為藍(lán)光LED芯片和近紫外LED芯片[1]。在針對LED相關(guān)研究中，不僅著重開發(fā)實用性更高的LED芯片，針對于適合不同LED芯片涂抹的紅色熒光粉材料的研究也同樣舉足輕重。LED體積輕巧，其作為一種固態(tài)半導(dǎo)體電子元器件，本身便具有低能耗、耐久等其他基礎(chǔ)照明光源并不具有的特點。因此在日常生活中LED照明光源在諸多領(lǐng)域均有所應(yīng)用，如交通警示燈、儀器儀表指示燈，家具照明和多媒體廣告牌等均存在白光LED。二十世紀(jì)末，微軟等大型電子器件廠商聯(lián)合研發(fā)了可發(fā)出紅色可見光的半導(dǎo)體化合物[2]，并在之后在不斷革新中，生產(chǎn)出初代的發(fā)光二極管，初代的發(fā)光二極管在發(fā)明后便被廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。但直至二十一世紀(jì)初，針對于LED研發(fā)技術(shù)才開始在材料、外形以及LED的普適性等多方面取得了飛速突破。伴隨著研究人員對形成半導(dǎo)體材料技術(shù)的不斷研究，LED的制備材料也在不斷進化和完善，并且有關(guān)于LED芯片涂抹何種基體的熒光粉材料來提升白光LED的發(fā)光性能也成為研究熱門。在對LED芯片涂抹了紅色熒光粉之后，白光LED的發(fā)光性能不僅在色度、亮度方面有所突破，并且也解決了LED所發(fā)射光的光譜殘缺等諸多方面問題。在以可持續(xù)發(fā)展為主要目標(biāo)的今天，LED在節(jié)能環(huán)保以及維持生態(tài)的良性循環(huán)有著至關(guān)重要的作用，因此針對于LED所具有的的優(yōu)良特性以及其諸多優(yōu)良特性所帶來的良性效益，許多國家開始重視LED領(lǐng)域的成功并針對于新型LED材料的研發(fā)給予大力支持，在我國針對于新型LED材料的研究也深受重視，國家也在不斷啟動相關(guān)LED研發(fā)項目以促進LED技術(shù)的提升與突破創(chuàng)新，例如“半導(dǎo)體照明工程”、“863計劃”等[3]?，F(xiàn)如今，伴隨著LED材料各種發(fā)光性能的逐漸穩(wěn)定并趨于不斷提升，LED光源已經(jīng)逐漸從單一領(lǐng)域照明應(yīng)用拓展至可作為日常生活的主要光源從而廣泛應(yīng)用于家居照明、指示燈及特種光源等諸多領(lǐng)域。LED的誕生無形中推動了一個技術(shù)革新，也是可以與白熾燈相提并論的人類的最偉大科研成果之一。1.1.2LED的組成及其發(fā)光原理LED作為一種新型照明設(shè)備，LED可歸類于全固態(tài)半導(dǎo)體電子元器件，在應(yīng)用方面LED可作為一種固態(tài)發(fā)光光源，其產(chǎn)生光源的主要機制為其可以將接收到的電信號通過某種途徑轉(zhuǎn)化為光信號，從而釋放出可見光。如圖1-1所示為LED的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，LED器件的結(jié)構(gòu)主要是包括核心器件LED芯片、內(nèi)部連接導(dǎo)線、陰陽兩電極、以及外部包裹材料環(huán)氧樹脂，在諸多裝配結(jié)構(gòu)中最為核心的部件就是LED芯片，LED芯片不僅可用于連接外電路陽極端和陰極端，同時也是幫助LED可以產(chǎn)生光源的主要器件，位于LED芯片外部的封裝外殼主要材料為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂具有電絕緣性、耐壓等諸多優(yōu)良特性，故以環(huán)氧樹脂外殼的主要作用就是保護LED內(nèi)部核心元器件避免產(chǎn)生不必要的損害，也可在一定程度上延長LED燈的正常使用壽命。圖1-1.LED器件的結(jié)構(gòu)圖[4]Fig.1-1.ThestructureoftheLEDdevice[4]LED器件在產(chǎn)生光源的問題上，其主要依賴的便是核心部件LED芯片，而在LED芯片可以控制光源產(chǎn)生的最核心的結(jié)構(gòu)就是其中的一種半導(dǎo)體組合結(jié)構(gòu)P-N結(jié)。P-N結(jié)的名字由來，是因為其結(jié)構(gòu)中存在兩個相互作用的半導(dǎo)體材料，即P型半導(dǎo)體材料與N型半導(dǎo)體材料。P-N結(jié)的結(jié)構(gòu)相對簡單，P型半導(dǎo)體材料與N型半導(dǎo)體材料拼接而成的器件就是P-N結(jié)，在兩類半導(dǎo)體材料之間會產(chǎn)生一個真實的接觸面，而這個接觸面也為LED的發(fā)光提供了條件。在P-N結(jié)中，存在于P型半導(dǎo)體內(nèi)部的電荷流動方式主要是帶正電的空穴，而不同于P型半導(dǎo)體內(nèi)部的電荷流動方式，N型半導(dǎo)體內(nèi)部主要是傳導(dǎo)帶負(fù)電的電子為主。P-N結(jié)是如何產(chǎn)生光信號的，其具體原理如下所述：基于P-N結(jié)所具有的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致P-N結(jié)具有單向?qū)щ娦裕磳-N結(jié)施加正向電壓時，P-N結(jié)處導(dǎo)通狀態(tài)，處于N型半導(dǎo)體區(qū)域的載流子會從N型區(qū)向P型區(qū)的方向運動，而P型區(qū)的空穴將流向N型區(qū)運動，兩種帶點單位的相對運動致使載流子和空穴二者會在P-N結(jié)的有效接觸面位置互相結(jié)合并釋放能量從而激發(fā)產(chǎn)生光子，從而產(chǎn)生光信號；而當(dāng)對P-N結(jié)施加以反向電壓時，基于P-N結(jié)具有單向?qū)щ娦裕诜聪螂妷旱淖饔孟螺d流子和空穴無法向?qū)Ψ絽^(qū)域產(chǎn)生有效運動，從而也不能在P-N結(jié)產(chǎn)生有效結(jié)合，故不會產(chǎn)生光子，也就無法產(chǎn)生光源。但在沒有對P-N結(jié)施加任何偏向電壓的時候，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的連接區(qū)域會形成一個虛擬的有效阻隔，其主要目的是用以阻止電子和空穴之間相對流動，從而也阻止了光信號的產(chǎn)生。因此在沒有對P-N結(jié)施加任何有效偏向電壓的時候，P-N結(jié)便不會產(chǎn)生任何光信號。LED芯片的發(fā)光原理如圖1-2所示：圖1-2.LED芯片的工作原理[5]Fig.1-2.TheworkingprincipleofLEDchip[5]參考文獻(xiàn)王慶豐.白光LED用鎢鉬酸鹽熒光粉的制備與發(fā)光性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.C.Feldmann,T.Jüstel,C.R.Ronda,P.J.Schmidt.InorganicLuminescentMaterials:100YearsofResearchandApplication[J].AdvancedFunctionalMaterials,2003,13(7).陳宇.LED制造技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2013:78-82.張雙雙.SrLa_4Si_3O_(13):Eu~(3+),Tb~(3+)熒光粉光譜特征與能量傳遞機制研究[D].杭州電子科技大學(xué),2017.于澤騰.非發(fā)光離子摻雜YAG:Ce熒光粉的制備及其暖白光LED的應(yīng)用研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2018.王新瑞.白光LED用紅色熒光粉的研究進展[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2020.張陽.白光LED用稀土鎢酸鹽熒光材料的合成及發(fā)光性能研究[D].大連理工大學(xué),2017.李廣環(huán).白光LED用熒光粉的制備與性能研究[D].吉林大學(xué),2012.鄧科文.SrMoO_4:Eu~(3+)紅色熒光粉的燃燒合成研究[D].成都理工大學(xué),2012.JiayuLi,RanPang,ZhanYu,LiyanLiu,HaiyanWu,HuiminLi,LihongJiang,SuZhang,JingFeng,ChengyuLi.Preparationandluminescencepropertiesoforange-redBa_3Y_4O_9:Sm~(3+)phosphors[J].JournalofRareEarths,2018,36(07):680-684.阮文科,謝木標(biāo).白光LED用鎢/鉬酸鹽紅色發(fā)光材料研究進展[J].人工晶體學(xué)報,2021,50(01):167-178.鞠小霞,王海波,向楓,陳華脈,周明.鉬酸鹽熒光粉的研究進展[J].稀土,2019,40(06):105-116.張健.鈦酸鹽基質(zhì)白光LED用紅色熒光粉的制備及性能研究[D].天津理工大學(xué),2012.蔣維娜.鋁酸鹽基稀土發(fā)光材料的發(fā)光性能及光譜調(diào)控[D].南京航空航天大學(xué),2015.吳迪.新型含鈧釩酸鹽紅色熒光粉的制備與發(fā)光性能研究[D].江西理工大學(xué),20