自LED问世以来,发展非常快,其发光效率每10年提高一个数量级,30年内竟提高了1000多倍,白光发光效率已达到100 lm/W。现在不仅是发光效率超过了白炽灯,光强达到了烛光级,而且颜色也从红色到蓝色覆盖了整个可见光谱范围,白光LED单管功率已超过10W,使它不仅适合诸如于汽车信号灯、交通信号灯、室内、外全色大型显示屏等指示与显示领域,而且已可用作为特殊场合下的照明光源。目前,LED倍受关注,正在努力将它发展成为第四代光源。本文简要地介绍了LED的发展历史和它的市场需求状况。
一、LED从显示器件向照明器件的发展
1962年.在美国通用电气公司工作的Holonyak博士用GaAsP化合物半导体材料研制出可商品化的LED,发光效率仅为0.1lm/W。1968年 Monsanto和HP公司于正式批量生产GaAs0.60P0.40/GaAs的红色LED。 1997年美国光学学会为表彰Holonyak 的功绩设立Holonyak奖。
1975年前后液相外延生长LPE的GaP:ZnO红色LED、GaP:N绿色LED、 GaAs0.35P0.65:N/GaP橙红色LED和GaAs0.15P0.85:N/GaP黄色LED相继进入市场。
1980年前后, Stanley公司将GaLaAs/GaAlAs双异质结结构的LED的发光效率提高到10%,这种LED在20世纪 90年代初大量用于大屏幕显示,其缺点是光衰太大。
1991年由美国HP公司和日本东芝公司研制成AlGaInP LED。后采用GaP透明衬底技术,将红色和黄色双异质结材料制成LED,其发光效率提高到20lm/W, 超过了白炽灯(15lm/W), 再加上多量子阱结构,红发光效率率达到73.7lm/W, 近两年来采用截头锥体倒装结构技术,红、黄和绿光LED可分别达到102lm/W、68lm/W 和18lm/W,台湾的UEC公司的黄色InGaAlP LED,发光效率也达到40lm/W 。目前超高亮度LED的制造几乎都采用MOCVD技术。
1993年,日本Nichin Chemical公司的Nakamura 用InGaN材料研制成LED,并进一步用 这种材料制作双异质结紫外光激光器时,发现光强达到1—2cd的蓝光(450nm)。由于这项发明1996年Nakamura获得了国际信息显示学会(SID)的特别奖。而后日亚和丰田生产出蓝色LED 、绿色(525nm)和蓝绿(505nm)LED。日亚公司进一步以蓝色LED芯片上覆盖黄绿光荧光粉制成的白色 LED, 发光效率可达到了25lm/W。目前,这类LED的发光效率正以每年10%-20%的速度提高。
美国的Gree公司 采用热导率较高的SiC衬底生产InGaN 蓝色和绿色LED,其绿光和紫外光(405nm)的外量子效率分别达到32%和28%。
LED向照明领域应用发展必须增大现有LED的功率 ,要增加功率必须增大外延片尺寸和设法解决器件的散热问题。Lumileds lighting公司研制成功5W的白光Lnxeon LED,光输出达187lm发光效率为44.3lm/W;它是由4个1×1mm2的蓝色LED芯片涂复上荧光粉制成,驱动电流密度为50A/cm2。绿色器件(519mm)达到170lm,蓝绿色器件(506nm)达到175lm。Osram光电子公司推出AlGaInP(As)纹理表面高效取光结构的器件,发光效率达到30lm/W。UEC公司开发的10W LED,采用2.5×2.5mm2的大面积芯片,在5A电流下工作,光输出达到200lm。 Lamina公司采用自有的LTCC-M(低温陶瓷烧结技术)高密度集成封装的琥珀色和红色大功率LED阵列,其功率已达104.33W,光通量达1938lm,白光大功率LED阵列,功率已达24.57W,光通量达567lm。这些器件的研制成功, 对推动LED照明的发展有重要意义。
自20世纪80年代开始研究的小分子有机半导体发光二极管和后来研制的聚合物发光二极管,统称为OLED。90年代以来在全色化、高亮度及长寿命方面取得了明显的进展,现在已有可见光范围内全部色彩,发光效率超过20lm/W,除红光OLED外,寿命已超过20000h。主要应用在手机显示彩屏和仪表显示 ,质量明显高于LCD。它作为室内使用的也非常合适。目前正从小型显示向大尺寸显示发展,33 cm和38 cm的OLED显示屏已研制成功, 51cm的OLED显示屏也即将问世。它在照明领域的应用也有较好的前景。
对LED的发展,有两种预测:1、2005年达到50lm/W,事实上目前实验室已达到或超过这一数值;以往每十年发光效率提高10倍,到2010年就可以达到200lm/W;2、2010年达到100lm/W,2020年或2025年达到200lm/W。最近lumileds公司报道红光(610nm)已达到102lm/W,蓝光、绿光和白光也都达到了30--50lm/W,Gree公司的白光LED发光效率已达100 lm/W,进展很快。
二、LED的市场需求状况
LED的主要应用领域包括交通信号灯、灯饰、全彩LED显示屏、汽车车灯、背景光源和白光LED固态照明。根据美国市场调研公司Strategies Unlimited的分析数据,最保守的发展预测,到2009年全球仅GaN基LED器件市场将达48亿美元的销售额。

