【文章內(nèi)容簡介】 年則提高較快。例如 ,Cree 公司生產(chǎn)的 lW 白光 LED XL7090WHT,其發(fā)光效率可達(dá) 601m/W。 XL7090WHT 是超高亮度、小尺寸封裝的白光 LED。 XL7090WHT 的發(fā)光強(qiáng)度大 ,電流 350mA時(shí)的典型光通量為 601m,在瞬態(tài)脈沖電流 700mA時(shí)典型光通量可達(dá) 981m,而目前一般 1W白光 LED的光通量為 30～ 45lm),XL7090WHT 的發(fā)光效率高達(dá) 601m/W,視角寬達(dá) 100176。 ,封裝尺寸僅為 ,工作溫度范圍是 20~+80℃。 由于 XL7090WHT 發(fā)光強(qiáng)度大、發(fā)光效率高 ,因此它適用于家庭、商業(yè)或公共場所明、 DVD、筆記本電腦、電視機(jī)的彩色顯示屏的背光 ,廣告燈、路燈及標(biāo)志燈 ,汽車及運(yùn)輸工具的內(nèi)外照明及數(shù)碼相機(jī)的閃光燈等。 LED 的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的 LED 主要用 GaAs、 GaP(二元素半導(dǎo)體材料 )和 GaAsP(三元素半導(dǎo)體材料 ),1994 年左右采用 AIInGaP(四元素半導(dǎo)體材料 )后 ,其發(fā)光 強(qiáng)度及發(fā)光效率有很大的提高。另外 ,在工藝技術(shù)上采用在 GaAs 襯底上用 AilnGaP 材料生產(chǎn)的紅光、黃光 LED 及在 SiC 襯底上用 InGaN 材料生產(chǎn)的綠光、藍(lán)光 LED,在發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率上有較大的改進(jìn)。 . LED的功率提高 我們知道 LED的發(fā)光強(qiáng)度與正向電流 IF,幾乎成線性關(guān)系 ,即增加正向電流 IF可增加發(fā)光強(qiáng)度。但 LED 有一個(gè)最大功耗 PD值的限制 ,PD=VFxIF(VF 為正向壓降 ),若過大地增加 IF 而使 PD 超過最大值時(shí) ,LED 會(huì)過熱而損壞。為了要提高發(fā)光強(qiáng)度 ,開發(fā)出中功率 LED(一般為幾百 mW),其工作電流 也提高到 70mA。近年來 ,為進(jìn)一步提高發(fā)光強(qiáng)度 ,開發(fā)出大功率 LED,其功率一般為 1～ 10W(有一些還大于 10 10W)。它的工作電流一般為 350～ 700mA,有些可達(dá) 1A 以上。 以 American Opto Plus LED 公司生產(chǎn)的 5W的 PU5WXX系列為例 ,在 700mA電流下 ,其結(jié)溫了 Tj 為 25℃ ,(大功率 LED 的發(fā)光強(qiáng)度用光通量表示 )。 除藍(lán)光 LED 的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率較低外 ,其他發(fā)光顏色的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率都相當(dāng)高。 早期生產(chǎn)的 LED 是小功率的 (幾十至上百 mW),現(xiàn)在已能生產(chǎn)大于 10W 的大功率 LED,在功率上增加了 100 倍以上。 雖然說小功率 LED 與大功率 LED 的發(fā)光效率是差不多的 ,但 LUMILEDS 公司的研究表明 ,大功率白光 LED 比Φ 5 白光 LED 的壽命更長。另外 ,采用很多小功率白光 LED 組成的燈泡可靠性也差一些 ,燈泡體積也較大。例如 ,用 1W 白光LED做成燈具 ,其尺寸為 ,而采用Φ 5 白光 LED來做 ,其體積則要大得多。但目前大功率 LED 投產(chǎn)時(shí)間不長 ,價(jià)位較高 ,所以目前大部分 LED燈泡仍是用小功率 LED 做的。 . 白 光 LED的誕生是個(gè)突破 白光 LED 是 LED 家族中 最后一個(gè)問世的 ,它的誕生是 LED 生產(chǎn)中一個(gè)重要的突破 ,它將成為新的照明光源。 白光是復(fù)合光 ,可以用紅、綠、藍(lán) (R、 G、 B)三基色 LED 混合成白光 ,1995 年前后生產(chǎn)的一種集成 LED 白光燈 (或稱全色 LED 燈 )由 2 個(gè)高亮度藍(lán)光 LED、 15個(gè)綠光 LED 及 5 個(gè)紅光 LED 組成。這種白光 LED 燈尺寸大、白光純度不高、發(fā)光效率也不高。但這種三基色燈用單片機(jī)來控制可發(fā)出七色光及白光的變色燈 ,可用于娛樂場所 ,增加節(jié)日氣氛。另外 ,采用 RGB 三種管芯組成的 RGBLED 常用于手機(jī)的變色背光。 采用 R、 G、 B 三色 LED 可以組成彩 色 LED 顯示屏的像素 ,用它組成彩色 LED顯示屏。 在上世紀(jì)末 ,可能受熒光燈的啟發(fā) ,開發(fā)出在高亮度藍(lán)光 LED 管芯上加一層熒光粉 ,用藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出白光的白光 LED。采用不同的熒光粉 ,可發(fā)出冷白光 (色溫為 4500～ 10000K)及暖白光 (色溫為 2850～ 3800K)的白光 LED。目前 ,白光 LED的發(fā)光效率大都已超過 301m/W,某些產(chǎn)品已超過 501m/W 的水平。它給用于照明 11 的 LED 燈泡創(chuàng)造良好的條件。 在 2021 年開發(fā)出無熒光粉的、Φ 透明樹脂封裝的白光 LED。該白光 LED采用藍(lán)寶石 (Al2O3)為襯底 ,采用 InGaN 工藝技術(shù)制成。在 IF 為 20mA 時(shí) ,發(fā)光強(qiáng)度為 700～ 1200mcd。 第二章 LED 在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用 LED照明燈泡 近年來 ,LED 的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率迅速提高、發(fā)光顏色齊全、功率增加、成本降低 ,給開發(fā)各種功能的 LED 燈泡及燈具創(chuàng)造了極好的條件 ,也給二次開發(fā)LED 產(chǎn)品創(chuàng)造良好的機(jī)會(huì)。例如 ,現(xiàn)在的城市交通信號燈及標(biāo)志燈采用 LED 替代了傳統(tǒng)的白熾燈 ,不僅節(jié)省大量的電能 ,而且無須經(jīng)常更換損壞的白熾燈 :五彩繽紛的各種 LED 裝飾燈 ,給城市夜景打扮得五光十色 ,廣場上的超大屏幕的彩色LED 顯 示屏讓全世界的球迷過足了癮。 白光 LED 燈的應(yīng)用 ,包括彩色 LCD 的背光照明燈、閃光燈及家用 LED 照明燈 ,它們最大的特點(diǎn)是節(jié)電和壽命長。 LCD的背光照明 由于白光 LED 作背光時(shí)電路比用 CCFL 簡單且尺寸小 ,所以在手機(jī)、 PDA 等小屏幕彩色 LCD 中都采用白光 LED 作背光照明。過去認(rèn)為白光 LED 只適用于小面積的彩色 LCD 顯示屏 ,但近年來 ,隨著 LED 性能的提高 ,它不僅用于小尺寸LED 屏幕 ,現(xiàn)已用于 5 英寸、 7 英寸 DVD、 GPS 的顯示屏上 ,并發(fā)展到 12 英寸筆記本電腦及電視機(jī)的背光照明。 數(shù)碼相機(jī)正逐漸替代用膠卷的相機(jī) ,在數(shù)碼相機(jī)中采用超高亮度的白光 LED替代了傳統(tǒng)的氙燈。采用超高亮度的白光 LED 作閃光燈不僅電路簡單、尺寸小、 12 耗電省 ,而且無須充電時(shí)間。例如 ,前面提到的 1W 白光 LED XL7090WHT,它在用作閃光燈時(shí) ,700mA 的脈沖電流時(shí)其典型光通量為 981m。 LED照明燈 目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的 20%，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達(dá)到了一定的成效。但是，距離 “綠色照明 ”的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，開發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。 LED 以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺(tái)灣地區(qū)對 LED 照明效益進(jìn)行了預(yù)測，美國 55%白熾燈及 55%的日光燈被 LED 取代，每年節(jié)省 350 億美元電費(fèi)，每年減少 億噸二氧化碳排放量。日本 100%白熾燈換成 LED，可減少 1～ 2 座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省 10 億公升以上的原油消耗。臺(tái)灣地區(qū) 25%白熾燈及 100%的日光燈被白光 LED 取代，每年節(jié)省 110 億度電。日本早在 1998 年就編制 “21 世紀(jì)計(jì)劃 ”，針對新世紀(jì)照明用 LED 光源進(jìn)行實(shí)用性研究。近年來，日本日亞化工、豐田合成、 SONY、佳友電工等都已有 LED 照明產(chǎn)品問世。世界著名的照明公司如飛利浦、歐司朗、 GE 等也投入大量的人力物力進(jìn)行 LED 照明產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)。美國 GE 公司和 EMCORE 公司合作成立新公司，專門開發(fā) 白光 LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發(fā) LED 照明系統(tǒng)。臺(tái)灣目前的 LED 產(chǎn)量僅次于日本列在美國之前 ， 從1998 年開始投入 6 億臺(tái)幣進(jìn)行相關(guān)開發(fā)工作 。 目前 我國 家用照明燈主要是白熾燈、熒光燈 (日光燈 )及節(jié)能熒光燈。白光 LED 燈泡與熒光燈、節(jié)能熒光燈、白熾燈泡在發(fā)光效率及平均壽命上的比較 ,白光 LED燈泡的發(fā)光效率高于白熾燈泡 ,但低于熒光燈及節(jié)能熒光燈。白光 LED 的平均壽命最長的 ,比節(jié)能熒光燈高 8 倍 ,比白熾燈高 33 倍多。 目前國內(nèi)已 能生產(chǎn) 1～ 3W 由Φ 5 白光 LED 組成的白光 LED 燈泡 (外形與白熾燈泡相同 ,球形外殼用透明塑料做成 ,直徑約 60mm,燈頭用 E27 螺紋燈頭 ),其發(fā)光效率η超過 351m/W。 2～ 3W的白光 LED 燈泡亮度與 25W 白熾燈泡差不多。另外 ,目前也能夠生產(chǎn)出 12W 白光 LED 的日光燈管 ,其光通量超過 5001m,發(fā)光效 13 率超過 401m/W。這兩種白光 LED 做成的燈壽命都超過 50000h。這兩種燈都是用超高亮度Φ 5 小功率白光 LED 做成 ,目前售價(jià)較高 ,且尚未上市。 白光 LED 做成的照明燈節(jié)能、長壽命。筆者 將發(fā)光亮度相差不多的三種燈在使用中作了節(jié)電上及經(jīng)濟(jì)上的比較。這三種燈分別是 3W 的白光 LED 燈泡、5W 的節(jié)能熒光燈和 25W 的白熾燈泡。這三種燈都采用 220V市電供電。在計(jì)算中 ,3W的白光 LED燈泡按 5W計(jì)算 (其中有 2W是 AD/DC 及驅(qū)動(dòng)電路的損耗 ),5W的節(jié)能熒光燈按 7W 計(jì)