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    LED發(fā)展前景

    時間:2010/11/29閱讀:782
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    LED發(fā)展前景
    LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負(fù)極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導(dǎo)體,在它里面空穴占主導(dǎo)地位,另一端是N型半導(dǎo)體,在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區(qū),在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合,然后就會以光子的形式發(fā)出能量,這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

    50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識,*個商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode(發(fā)光二極管)的縮寫,它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧樹脂密封,起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。

    發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層,稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓,少數(shù)載流子難以注入,故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

    zui初LED用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例,在美國本來是采用長壽命,低光效的140瓦白熾燈作為光源,它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中,Lumileds公司采用了18個紅色LED光源,包括電路損失在內(nèi),共耗電14瓦,即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

    對于一般照明而言,人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射,峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹脂薄層,約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收,另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光。現(xiàn)在,對于InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍(lán)光LED得到白光的方法,構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高,因此運(yùn)用zui多。

    上個世紀(jì)60年代,科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理,研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時研制的LED,所用的材料是GaASP,其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近30年的發(fā)展,現(xiàn)在大家十分熟悉的LED,已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在近年才發(fā)展起來,這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光LED。

    1. 可見光的光譜和LED白光的關(guān)系。 眾所周之,可見光光譜的波長范圍為380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫,但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長為565nm。在可見光的光譜中是沒有白色光的,因?yàn)榘坠獠皇菃紊猓怯啥喾N單色光合成的復(fù)合光,正如太陽光是由七種單色光合成的白色光,而彩色電視機(jī)中的白色光也是由三基色黃、綠、藍(lán)合成。由此可見,要使LED發(fā)出白光,它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的LED,在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對可見光的研究,人眼睛所能見的白光,至少需兩種光的混合,即二波長發(fā)光(藍(lán)色光+黃色光)或三波長發(fā)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光,都需要藍(lán)色光,所以攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù),即當(dāng)前各大LED制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。目前上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家,所以白光LED的推廣應(yīng)用,尤其是高亮度白光LED在我國的推廣還有一個過程。

    2. 白光LED的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。 對于一般照明,在工藝結(jié)構(gòu)上,白光LED通常采用兩種方法形成,*種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光;第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。*種方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖1所示,圖中LED GaM芯片發(fā)藍(lán)光(λp=465nm),它和YAG(釔鋁石榴石)熒光粉封裝在一起,當(dāng)熒光粉受藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光,結(jié)果,藍(lán)光和黃光混合形成白光(構(gòu)成LED的結(jié)構(gòu)如圖2所示)。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起,通過各色光混合而產(chǎn)生白光。

    3.白光LED照明新光源的應(yīng)用前景。 為了說明白光LED的特點(diǎn),先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈,其光效為12~24流明/瓦;熒光燈和HID燈的光效為50~120流明/瓦。對白光LED:在1998年,白光LED的光效只有5流明/瓦,到了1999年已達(dá)到15流明/瓦,這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近,而在2000年時,白光LED的光效已達(dá)25流明/瓦,這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測,到2005年,LED的光效可達(dá)50流明/瓦,到2015年時,LED的光效可望達(dá)到150~200流明/瓦。那時的白光LED的工作電流便可達(dá)安培級。由此可見開發(fā)白光LED作家用照明光源,將成可能的現(xiàn)實(shí)。

    普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜,但光效低(燈的熱效應(yīng)白白耗電),壽命短,維護(hù)工作量大,但若用白光LED作照明,不僅光效高,而且壽命長(連續(xù)工作時間10000小時以上),幾乎無需維護(hù)。目前,德國Hella公司利用白光LED開發(fā)了飛機(jī)閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明;我國的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈。可以預(yù)見不久的將來,白光LED定會進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。

    LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時間短、對環(huán)境無污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn),雖然價格較現(xiàn)有照明器材昂貴,仍被認(rèn)為是它將不可避免地現(xiàn)有照明器件。

    LED特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

    LED的內(nèi)在特征決定了它是的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源,它有著廣泛的用途。

    體積小

    LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕。

    耗電量低

    LED耗電非常低,一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電不超過0.1W。

    使用壽命長

    在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED的使用壽命可達(dá)10萬小時

    高亮度、低熱量

    環(huán)保

    LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。

    堅(jiān)固耐用

    LED是被*的封裝在環(huán)氧樹脂里面,它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分,這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。

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