發光二極管

發光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物製成。

當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。因化學性質又分有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED。

LED最初用於儀器儀表的指示性照明，隨後擴展到交通信號燈。再到景觀照明、車用照明和手機鍵盤及背光源。後來發展出微型發光二極管(micro-LED)的新技術，其將原本發光二極管的尺寸大幅縮小，用可獨立發光的紅、藍、綠微型發光二極管成陣列排列形成顯示陣列用於顯示技術領域。微型發光二極管具有自發光顯示特性，比自發光顯示的有機發光二極管(Organic Light Emitting DiodeOLED)效率高、壽命較長、材料不易受到環境影響而相對穩定。 ^[9] 

2023年5月，新加坡—麻省理工學院研究與技術聯盟的科學家開發了世界上最小的LED（發光二極管）。 ^[10] 

2024年2月5日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所團隊深挖機理、創新工藝，製備出一款高效穩定的鈣鈦礦發光二極管，相關論文發於國際學術期刊《自然·光子學》。 ^[12] 

發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴複合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。發光二極管的反向擊穿電壓大於5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過二極管的電流。

發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。當它處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

LED燈就是發光二極管，是採用固體半導體芯片為發光材料，與傳統燈具相比，LED燈節能、環保、顯色性與響應速度好。 ^[3] 

（一）節能是LED燈最突出的特點

在能耗方面，LED燈的能耗是白熾燈的十分之一，是節能燈的四分之一。這是LED燈的一個最大的特點。現在的人們都崇尚節能環保，也正是因為節能的這個特點，使得LED燈的應用範圍十分廣泛，使得LED燈十分的受歡迎。 ^[3] 

（二）可以在高速開關狀態工作

我們平時走在馬路上，會發現每一個LED組成的屏幕或者畫面都是變化莫測的。這説明LED燈是可以進行高速開關工作的。但是，對於我們平時使用的白熾燈，則達不到這樣的工作狀態。在平時生活的時候，如果開關的次數過多，將直接導 致白熾燈燈絲斷裂。這個也是LED燈受歡迎的重要原因。 ^[3] 

（三）環保

LED燈內部不含有任何的汞等重金屬材料，但是熒光燈中含有，這就體現了LED燈環保的特點。現在的人都十分重視環保，所以，會有更多的人願意選擇環保的LED燈。 ^[3] 

（四）響應速度快

LED燈還有一個突出的特點，就是反應的速度比較快。只要一接通電源，LED燈馬上就會亮起來。對比我們平時使用的節能燈，其反應速度更快，在打開傳統燈泡時，往往需要很長的時間才能照亮房間，在燈泡徹底的發熱之後，才能亮起來。 ^[3] 

（五）相較於其他的光源，LED燈更“乾淨”

所謂的“乾淨”不是指的燈表面以及內部的乾淨，而是這個燈是屬於冷光源的，不會產生太多的熱量，不會吸引那些喜光喜熱的昆蟲。特別是在夏天，農村的蟲子會特別的多。

有的蟲子天性喜熱，白熾燈和節能燈在使用一段時間之後都會產生熱量，這個熱量正好是蟲子喜歡的，就容易吸引蟲子過來。這無疑會對燈表面帶來很多的污染物，而且，蟲子的排泄物還會使得室內變得很髒。但是，LED燈是冷光源，不會吸引蟲子過來的，這樣，就不會產生蟲子的排泄物。所以説，LED燈更加的 “乾淨”。 ^[3] 

半導體發光二極管的應用範圍廣，功耗小，使用壽命長，低碳環保。我國半導體發光二極管的應用非常廣泛，居民家庭中的很多照明設備都使用了半導體發光二極管，大部分路燈也使用了半導體發光二極管路燈作為照明光源，部分道路的照明燈具還結合了太陽能技術，可節省大量電能。感光二極管根據材質的不同，可以分成砷鋁化鎵感光二極管、磷砷化鋁感光二極管、磷化鎵感光二極管和砷化鋁感光二極管等。 ^[8] 

LED的光學參數中重要的幾個方面就是：光通量、發光效率、發光強度、光強分佈、波長。

發光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發光效率代表了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。

LED發光強度是表徵它在某個方向上的發光強弱，由於LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分佈特性。這個參數實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分佈範圍很窄，那麼面對顯示屏處於較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標誌燈也要求較大範圍的人能識別。

對於LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據觀察我國的一些LED信號燈中綠色發藍，紅色的為深紅，從這個現象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。

發光二極管還可分為普通單色發光二極管、高亮度發光二極管、超高亮度發光二極管、變色發光二極管、閃爍發光二極管、電壓控制型發光二極管、紅外發光二極管和負阻發光二極管等。

LED的控制模式有恆流和恆壓兩種，有多種調光方式，比如模擬調光和PWM調光，大多數的LED都採用的是恆流控制，這樣可以保持LED電流的穩定，不易受VF的變化，可以延長LED燈具的使用壽命。

普通單色發光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發光均勻穩定、響應速度快、壽命長等優點，可用各種直流、交流、脈衝等電源驅動點亮。它屬於電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。

普通單色發光二極管的發光顏色與發光的波長有關，而發光的波長又取決於製造發光二極管所用的半導體材料。紅色發光二極管的波長一般為650～700nm，琥珀色發光二極管的波長一般為630～650nm ，橙色發光二極管的波長一般為610～630nm左右，黃色發光二極管的波長一般為585nm左右，綠色發光二極管的波長一般為555～570nm。

高亮度單色發光二極管和超高亮度單色發光二極管使用的半導體材料與普通單色發光二極管不同，所以發光的強度也不同。通常，高亮度單色發光二極管使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發光二極管使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發光二極管使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。

變色發光二極管是能變換髮光顏色的發光二極管。變色發光二極管發光顏色種類可分為雙色發光二極管、三色發光二極管和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發光二極管。

變色發光二極管按引腳數量可分為二端變色發光二極管、三端變色發光二極管、四端變色發光二極管和六端變色發光二極管。

閃爍發光二極管（BTS）是一種由CMOS集成電路和發光二極管組成的特殊發光器件，可用於報警指示及欠壓、超壓指示。

閃爍發光二極管在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當的直流工作電壓（5V）即可閃爍發光。

紅外發光二極管也稱紅外線發射二極管，它是可以將電能直接轉換成紅外光（不可見光）並能輻射出去的發光器件，主要應用於各種光控及遙控發射電路中。

紅外發光二極管的結構、原理與普通發光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，採用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。

常用的紅外發光二極管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。

基於半導體材料的紫外發光二極管(UV LED)具有節能、環保和壽命長等優點，在殺菌消毒、醫療和生化檢測等領域有重大的應用價值。近年來，半導體紫外光電材料和器件在全球引起越來越多的關注，成為研發熱點。 2018年12月9一12日，由中國科學院半導體研究所主辦的第三屆“國際紫外材料與器件研討會” (IWUMD一2018)在雲南昆明召開，來自十二個國家的270餘位代表出席了會議。本次會議匯聚了國內外在紫外發光二極管材料和器件相關領域的多位頂尖專家的最新研發成果報告。 ^[4] 

紫外發光二極管是氮化物技術發展和第三代半導體材料技術發展的主要趨勢，擁有廣闊的應用前景。中國科技部為了加快第三代半導體固態紫外光源的發展，爭施了“第三代半導體固態紫外光源材料及器件關鍵技術”重點研發計劃專項（2016YFB0400800）。國家重點研發計劃的支持和國際紫外材料與器件研討會的舉辦，將為加快實現我國第三代半導體紫外光源的市場化應用，帶動我國紫外半導體發光二極管材料和器件技術創親及產業化發展發揮積極的作用。 ^[4] 

1987年，柯達公司鄧青雲等成功製備了低電壓、高亮度的有機發光二極管（OLED），第一次向世界展示了OLED在商業上的應用前景‘“。1995年，Kido在science雜誌上發表了白光有機發光二極管（wOLED）的文章， 雖然效率不高，但揭開了OLED照明研究的序幕。經過幾十年的發展，OLED的效率和穩定性早已滿足小尺寸顯示器的要求，受到眾多高端儀器儀表、手機和移動終端公司的青睞，大尺寸技術也日漸完善。 ^[5] 

OLED材料的發展是OLED產業蓬勃發展的基礎。最早的OLED發光材料是熒光材料，但熒光材料由於自旋阻禁，其理論內量子效率上限僅能達到25%。1998年，Ma以及Forrest和Thompson等先後報道了磷光材料在OLED材料中的應用，從而為突破自旋統計規律、100%地利用所有激子的能量開闢了道路。但是磷光材料也存在一定的問題，由於含有貴金屬，價格很高而且藍光材料的穩定性長期停滯不前。

2009年，日本九州大學的Adachi教授首次將熱活化延遲熒光（TADF）材料引入OLED。此類材料具有極低的單三線態能隙，可通過三線態激子的反向系間竄越（RISC）實現100%的理論內 量子效率。材料體系和器件結構的日漸完善，使得OLED在顯示領域嶄露頭角。另一方面，WOLED具有發光效率高、光譜可調、藍光成分少和麪光源等一系列優 勢，作為低色温、無藍害的高效光源，有望成為未來健康照明的新趨勢。 ^[5] 

LED五大原物料分別是指：晶片，支架，銀膠，金線，環氧樹脂

晶片的構成：由金墊，P極，N極，PN結，背金層構成（雙pad晶片無背金層）。晶片是由P層半導體元素，N層半導體元素靠電子移動而重新排列組合成的PN結合體。也正是這種變化使晶片能夠處於一個相對穩定的狀態。在晶片被一定的電壓施加正向電極時，正向P區的空穴則會源源不斷的遊向N區，N區的電子則會相對於孔穴向P區運動。在電子，空穴相對移動的同時，電子空穴互相結對，激發出光子，產生光能。

主要分類，表面發光型： 光線大部分從晶片表面發出。五面發光型： 表面，側面都有較多的光線射出按發光顏色分，紅，橙，黃，黃綠，純綠，標準綠，藍綠， 藍。

支架的結構1層是鐵，2層鍍銅（導電性好，散熱快），3層鍍鎳（防氧化），4層鍍銀（反光性好，易焊線）

銀膠（因種類較多，我們以H20E為例）

也叫白膠，乳白色，導通粘合作用（烘烤温度為：100°C/1.5H）銀粉（導電，散熱，固定晶片）+環氧樹脂（固化銀粉）+稀釋劑（易於攪拌）。儲藏條件：銀膠的製造商一般將銀膠以-40 °C 儲藏，應用單位一般將銀膠以-5 °C 儲藏。單劑為25 °C/1年（乾燥，通風的地方），混合劑25 °C/72小時（但在上線作業時因其他的因素“温濕度、通風的條件”，為保證產品的質量一般的混合劑使用時間為4小時）

烘烤條件：150 °C/1.5H

攪拌條件：順一個方向均勻攪拌15分鐘

金線（以φ1.0mil為例）

LED所用到的金線有φ1.0mil、 φ1.2mil，金線的材質，LED用金線的材質一般含金量為99.9%，金線的用途

利用其含金量高材質較軟、易變形且導電性好、散熱性好的特性，讓晶片與支架間形成一閉合電路。（換算關係：1 mil = 0.0254mm , 1 in = 25.4mm ）

環氧樹脂（以EP400為例）

組成：A、B兩組劑份:

A膠：是主劑，由環氧樹脂+消泡劑+耐熱劑+稀釋劑

B劑：是固化劑，由酸酣+離模劑+促進劑

使用條件：

混合比：A/B=100/100（重量比）

混合粘度：500-700CPS/30 °C

膠化時間：120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘

可使用條件：室温25 °C約6小時。一般根據產線的生產需要，我們將它的使用條件定為2小時。

硬化條件：初期硬化110 °C—140 °C 25—40分鐘

後期硬化100 °C*6—10小時（可以視實際需要做機動性調整）

鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑lockhill芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整。

由於LED芯片在劃片後依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利於後工序的操作。採用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張，使LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以採用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。

在LED支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。對於GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，採用銀膠。對於藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片，採用絕緣膠來固定芯片。

工藝難點在於點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由於銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，提醒：銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。

和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠塗在LED背面電極上，然後把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠高於點膠，但不是所有產品均適用備膠工藝。

將擴張後LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片台的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便於隨時更換不同的芯片，適用於需要安裝多種芯片的產品。

自動裝架其實是結合了沾膠（點膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點上銀膠（絕緣膠），然後用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程，同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上儘量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片表面的損傷，特別是藍、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。

燒結的目的是使銀膠固化，燒結要求對温度進行監控，防止批次性不良。銀膠燒結的温度一般控制在150℃，燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃，1小時。絕緣膠一般150℃，1小時。

銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結的產品，中間不得隨意打開。燒結烘箱不得再其他用途，防止污染。

LED壓焊

壓焊的目的是將電極引到LED芯片上，完成產品內外引線的連接工作。

LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。鋁絲壓焊的過程為先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點後扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其餘過程類似。

壓焊是LED封裝技術中的關鍵環節，工藝上主要需要監控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。

LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型，選用結合良好的環氧和支架。（一般的LED無法通過氣密性試驗）。

LED點膠 TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點是對點膠量的控制，因為環氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉澱導致出光色差的問題。

LED灌膠封裝 Lamp-LED的封裝採用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內注入液態環氧，然後插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環氧固化後，將LED從模腔中脱出即成型。

LED模壓封裝 將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模並抽真空，將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂杆壓入模具膠道中，環氧順着膠道進入各個LED成型槽中並固化。

LED固化與後固化

固化是指封裝環氧的固化，一般環氧固化條件在135℃，1小時。模壓封裝一般在150℃，4分鐘。後固化是為了讓環氧充分固化，同時對LED進行熱老化。後固化對於提高環氧與支架（PCB）的粘接強度非常重要。一般條件為120℃，4小時。

由於LED在生產中是連在一起的（不是單個），Lamp封裝LED採用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要劃片機來完成分離工作。

測試LED的光電參數、檢驗外形尺寸，同時根據客户要求對LED產品進行分選。

20世紀90年代LED技術的長足進步,不僅是發光效率超過了白熾燈，光強達到了燭光級，而且顏色也從紅色到藍色覆蓋了整個可見光譜範圍。這種從指示燈水平到超過通用光源水平的技術革命導致各種新的應用，諸如汽車信號燈、交通信號燈、室外全色大型顯示屏以及特殊的照明光源。 ^[6] 

隨着發光二極管高亮度化和多色化的進展,應用領域也不斷擴展.從下邊較低光通量的指示燈到顯示屏，再從室外顯示屏到中等光通量功率信號燈和特殊照明的白光光源，最後發展到右上角的高光通量通用照明光源。2000年是時間的分界線，在2000年已解決所有顏色的信號顯示問題和燈飾問題，並已開始低、中光通量的特殊照明應用，而作為通用照明的高光通量白光照明應用，似乎還有待時日，需將光通量進一步大幅度提高方能實現。當然，這也是個過程，會隨亮度提高和價格下降而逐步實現。 ^[6] 

自20世紀80年代中期，就有單色和多色顯示屏問世，起初是文字屏或動畫屏。90年代初，電子計算機技術和集成電路技術的發展，使得LED顯示屏的視頻技術得以實現，電視圖像直接上屏，特別是90年代中期，藍色和綠色超高亮度LED研製成功並迅速投產，使室外屏的應用大大擴展，面積在100—300m不等。

LED顯示屏在體育場館、廣場、會場甚至街道、商場都已廣泛應用，美國時代廣場上的納斯達克全綵屏最為聞名，該屏面積為120英尺×90英尺，相當於1005m，由1900萬隻超高亮藍、綠、紅色LED製成。此外，在證券行情屏、銀行匯率屏、利率屏等方面應用也佔較大比例，近期在高速公路、高架道路的信息屏方面也有較大的發展。發光二極管在這一領域的應用已成規模，形成新興產業，且可期望有較穩定的增長。 ^[6] 

航標燈採用LED作光源已有多年，目前的工作是改進和完善。道路交通信號燈近幾年來取得了長足的進步，技術發展較快，應用發展迅猛，中國每年有四萬套左右的訂單，而美國加州在一年內就用LED交通信號燈更換了五萬套傳統光源的信號燈，根據使用效果看，壽命長、省電和免維護效果是明顯的。採用LED的發光峯值波長是紅色630nm，黃色590nm，綠色505nm。應該注意的問題是驅動電流不應過大，否則夏天陽光下的高温條件將會影響LED的壽命。 ^[6] 

最近，應用於飛機場作為標燈、投光燈和全向燈的LED機場專用信號燈也已獲成功並投入使用，多方反映效果很好。它具有自主知識產權，獲准兩項專利，可靠性好、節省用電、免維護、可推廣應用到各種機場、替代已沿用幾十年的舊信號燈，不僅亮度高，而且由於LED光色純度好，特別鮮明，易於信號識別。 ^[6] 

超高亮LED可以做成汽車的剎車燈、尾燈和方向燈，也可用於儀表照明和車內照明，它在耐震動、省電及長壽命方面比白熾燈有明顯的優勢。用作剎車燈，它的響應時間為60ns，比白熾燈的140ms要短許多，在典型的高速公路上行駛，會增加4—6m的安全距離。 ^[6] 

LED作為液晶顯示的背光源，它不僅可作為綠色、紅色、藍色、白色，還可以作為變色背光源，已有許多產品進入生產及應用階段。最近，手機上液晶顯示屏用LED製作背光源，提升了產品的檔次，效果很好。採用8個藍色、24個綠色、32個紅色LuxeonLED製成的15英寸（1英寸≈2.5釐米）液晶屏的背光源，可達到120W，2500 lm，亮度18000nits（尼特，cd/m²）。22液晶屏背光源也已製成，僅為6mm厚，不但混色效果好，顯色指數也達到80以上。大型背光源雖處於開發階段，但潛力很大。 ^[6] 

由於發光二極管亮度的提高和價格的下降，再加上長壽命、節電，驅動和控制較霓虹燈簡易，不僅能閃爍，還能變色，所以用超高亮度LED做成的單色、多色乃至變色的發光柱配以其他形狀的各色發光單元，裝飾高大建築物、橋樑、街道及廣場等景觀工程效果很好，呈現一派色彩繽紛、星光閃爍及流光異彩的景象。已有不少單位生產LED光柱達萬米以上，彩燈幾萬個，正逐步推廣，估計會逐步擴大單獨形成一種產業。 ^[6] 

作為照明光源的LED光源應是白光，作為軍用的白光LED照明燈具，已有一些品種投入批量生產。由於LED光源無紅外輻射，便於隱蔽，再加上它還具有耐振動、適合於蓄電池供電、結構固體化及攜帶方便等優點，將在特殊照明光源方面會有較大發展。作為民間使用的草坪燈、埋地燈已有規模生產，也有用作顯微鏡視場照明、手電、外科醫生的頭燈、博物館或畫展的照明以及閲讀枱燈。 ^[6] 

光是植物生長和發育最重要的環境因素之一， 對植物的生長髮育、形態建成、光合作用、物質代謝及基因表達均有調控作用，因此温室補光是實現植物優質高產的重要途徑。近年來，發光二極管在植物工廠中的應用越來越廣泛，LED光源的波寬窄、能耗低、體積小、效率高、耐衰老、熱耗低的優點，使其成為了眾多光質研究人員使用的新光源。為止，大量應用LED光源研究光環境對植物宏觀的形態、產量、品質的影響，以及對細胞顯微結構、植物分化、次生代謝物質的影響的研究層出不窮。 ^[7] 

在半導體照明裝置中，通常採用高功率高亮度的發光二極管（LED）作為光源，當在發光二極管中通以電流時，電 子與空穴會直接複合，從而釋放能量發光，其具有功耗小、使用壽命長等優點，在照明領域應用廣泛。然而，目前的光電轉換效率較低，有很大比重轉化為熱能，故LED芯片上的功率密度很大。大的功率密度對器件的散熱也提出了高的要求，發光二極管中封裝件散熱問題已成為影響其產業化發展的重大問題。 ^[1] 

LED 的散熱機構一般有這幾種形式：

1．利用熱傳導金屬或散熱鰭片與LED封裝件貼合散熱。

2．加裝風扇強制散熱。

3．在封裝件中設置流通液體散熱。

4．熱管在封裝件中的結合，利用熱管內工作介質相變時可吸收或散發熱能。 ^[1] 

熱管散熱利用物質相變的原理，具有可吸收或散發高熱能的特性，這使得熱管成為具備極高的熱傳導效率的設備， 熱管冷卻主要是利用工作流體在真空中的蒸發與冷凝來傳遞熱量，當熱管的一端受熱時，毛細芯中的工作液體蒸發汽化，蒸汽在壓差之下流向另一端放出熱量並凝結成液體，液體再沿多孔材料依靠毛細管作用流回蒸發端，熱量得以沿熱管迅速傳遞。 ^[1] 

傳統無機LED技術相對成熟且發光效率高，在照明領域應用廣泛，但外延生長等製備工藝限制了其難用於大面積和柔性器件製備。有機或量子點LED具有易於大面積成膜、可柔性化等優勢，但是高亮度下的低效率和短壽命問題還亟待解決。金屬鹵化物鈣鈦礦型材料兼具無機和有機材料的諸多優點”。如可溶液法大面積製備、帶隙可調、載流子遷移率高、熒光效率高等。因此，基於鈣鈦礦材料的LED相較於傳統發光二極管具有諸多優勢，尤其是可低成本、大面積製備高亮度、高效率發光器件，對顯示與照明均具有重要意義。 ^[2] 

鈣鈦礦發光二極管發展迅速，自2014年劍橋大學報道首篇外量子效率（EQE）為0.76%的三維鈣鈦礦發光器 件以來，經過短短五年的發展，近紅外、紅光和綠光鈣鈦礦發光器件的外量子效率均已突破20%。值得一提的是中國科學家在鈣鈦礦發光領域裏的多個方向開創了全新的研究方法。

2015年，南京工業大學與浙江大學團隊合作報道了外量子效率為3.5%的鈣鈦礦發光二極管，為當時的最高紀錄，也是國內在此領域的首篇論文。隨後，北京理工大學和南京理工大學相繼報道了基於量子點的鈣鈦礦LED。2016年，南京工業大學採用具有多量子阱結構的鈣鈦礦實現了外量子效率突破10%的近紅外鈣鈦礦LED， 相關成果於2016年發表於《Nature Photonics》。採用類似方法，中國科學院半導體研究所將綠光鈣鈦礦LED的外量子效率提高到14.36%。2018年，南京工業大學首次將近紅外鈣鈦礦LED外量子效率提升至20.7%，性能媲美已產 業化的有機和量子LED。同年，華僑大學”州將綠光鈣鈦礦LED的EQE提升至20.3%。

這兩項國內成果被《Nature》 邀請的領域專家評述為“突破性成果”， “是鈣鈦礦材料在發光二極管中應用的里程碑式跨越”， “使鈣鈦礦LED技術突破性能障礙，將推動鈣鈦礦LED的產業化發展”。總體來説，目前中國在鈣鈦礦LED研究方面處於世界領先地位，特別是在高亮度、高穩定性鈣鈦礦發光器件方面，已經取得具有自主知識產權。有世界影響力的創新成果。 ^[2] 

儘管鈣鈦礦LED的研究已經取得了很大的進展，但其發展仍然面臨着諸多挑戰。首先，鈣鈦礦LED的穩定性問題需要解決。目前通過材料設計、器件結構及界面優化等方法已大大提升了鈣鈦礦LED的穩定性，但尚未達到產業化的要求。其次，鈣鈦礦材料中鉛元素的毒性可能是其產業化道路上的一個障礙。研究發現許多元素（如錫、銅、 鍺及銀等）在鈣鈦礦材料中可以替代鉛元素，但目前利用這些元素製備的器件性能還不及鉛基鈣鈦礦LED。此外， 大面積模塊化製備鈣鈦礦LED仍處於萌芽期，如何發展製備工藝來進行可控大面積生產還需要解決。

總之，鈣鈦礦發光材料與器件具有誘人的發展前景， 未來隨着對材料理解的深入及工藝技術的進步，有望進一 步提高器件的效率和穩定性，推進其產業化進程。在不遠的將來，鈣鈦礦LED將會以其優異的性能和低廉的成本成為新一代顯示與照明的有力競爭者，在未來照明與顯示產業中佔有重要地位。 ^[2] 

發光二極管和其他形式的照明正以“驚人的速度照亮夜空”。德國地球科學中心的克里斯托弗·基巴的研究表明，光污染正導致夜空以每年約10%的速度變亮。 ^[11]