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LED的发展简史


www.cs-led.com 2009年5月16日

    

  1907年Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗,不适合实际应用;更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应,研究被摒弃了。二十年代晚期BernhardGudden和Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。

  1936年,GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识,最终出现了"电致发光"这个术语。

  二十世纪50年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。据说在早期的试验中,LED需要放置在液化氮里,更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光,但迅速应用于感应与光电领域。

  60年代末,在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮,甚至产生出橙色的光。

  到70年代中期,磷化镓被使用作为发光光源,随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片(一个红色另一个是绿色)能够发出黄色光。就在此时,俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末,它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生,先是红色,接着就是黄色,最后为绿色。

  到20世纪90年代早期,采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期,再一次利用金钢砂-早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量,它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。

  90年代中期,出现了超亮度的氮化镓LED,随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心,在这个发光蕊片上抹上荧光磷,然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色,如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上,最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的"黑色"紫外光。那么LED发展史到低能走多远,不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。然而,LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度,像计算机一样,遵守摩尔定律的发展。每隔18个月它的亮度就会增加一倍。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。例如,到2005年美国所有的交通信号指示灯将被LED所取代;美国汽车产业也会于十年内停止使用白炽灯而采用LED灯,包括汽车前灯。大多数的大型户外显示屏也采用成千上万个LED以便产生高质量视频效果。不久,LED将会照亮我们的家、办公室甚至街道。高效节能的LED意味着太阳能充电电池能够通过太阳光为其冲电。从而能够把光源带到第三世界及其他没有电能的地方。曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。

  ①1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓(GaAsP)半导体化合物,从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。

  ②1965年,全球第一款商用化发光二极管诞生,它是用锗材料做成的可发出红外光的LED,当时的单价约为45美元。其后不久,Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED。这种LED的效率为每瓦大约0.1流明,比一般的60至100瓦白炽灯的每瓦15流明要低上100多倍。

  ③1968年,LED的研发取得了突破性进展,利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦,并且能够发出红光、橙光和黄色光。

  ④1971,业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。

  ⑤到20世纪70年代,由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用,LED的价格直线下跌。事实上,LED在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用领域。

  ⑥80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAsLED,它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车灯(CHMSL)设备。

  ⑦1990年,业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术,这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。

  ⑧今天,效率最高的LED是用透明衬底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期间,材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近30倍。

  ⑨1994年,日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管,由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。

  ⑩20世纪90年代后期,研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED,但色泽不均匀,使用寿命短,价格高。随着技术的不断进步,近年来白光LED的发展相当迅速,白光LED的发光效率已经达到38lm/W,实验室研究成果可以达到70lm/W,大大超过白炽灯,向荧光灯逼近。

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