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LED發(fā)展前景
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(gè)半導(dǎo)體的晶片,，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極,，另一端連接電源的正極,，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。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(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié),。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候,，電子就會(huì)被推向P區(qū),，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合,，然后就會(huì)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(zhǎng)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(shí),，*個(gè)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(xiě),，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(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)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(gè)過(guò)渡層,，稱(chēng)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(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái),，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(chēng)LED,。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí),，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(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)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(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例,，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)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(jì)的燈中,，Lumileds公司采用了18個(gè)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(chē)信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域,。
對(duì)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(kāi)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(shù)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?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED,，通過(guò)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(guò)藍(lán)光LED得到白光的方法,，構(gòu)造簡(jiǎn)單,、成本低廉、技術(shù)成熟度高,，因此運(yùn)用zui多,。
上個(gè)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(shí)研制的ＬＥＤ，所用的材料是ＧａＡＳＰ,，其發(fā)光顏色為紅色,。經(jīng)過(guò)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(lái),，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光ＬＥＤ,。
１． 可見(jiàn)光的光譜和ＬＥＤ白光的關(guān)系。 眾所周之,，可見(jiàn)光光譜的波長(zhǎng)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(zhǎng)為５６５ｎｍ,。在可見(jiàn)光的光譜中是沒(méi)有白色光的，因?yàn)榘坠獠皇菃紊?，而是由多種單色光合成的復(fù)合光,，正如太陽(yáng)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(jiàn)，要使ＬＥＤ發(fā)出白光,，它的光譜特性應(yīng)包括整個(gè)可見(jiàn)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(duì)可見(jiàn)光的研究,，人眼睛所能見(jiàn)的白光,，至少需兩種光的混合,，即二波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長(zhǎng)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(guó)的推廣還有一個(gè)過(guò)程,。
２． 白光ＬＥＤ的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源,。 對(duì)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(guò)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(shuō)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(duì)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(shí),，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(cè),，到２００５年，ＬＥＤ的光效可達(dá)５０流明／瓦,，到２０１５年時(shí),，ＬＥＤ的光效可望達(dá)到１５０～２００流明／瓦。那時(shí)的白光ＬＥＤ的工作電流便可達(dá)安培級(jí),。由此可見(jiàn)開(kāi)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(jià)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(zhǎng)（連續(xù)工作時(shí)間１００００小時(shí)以上）,，幾乎無(wú)需維護(hù),。目前，德國(guó)Ｈｅｌｌａ公司利用白光ＬＥＤ開(kāi)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(guó)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?？梢灶A(yù)見(jiàn)不久的將來(lái),，白光ＬＥＤ定會(huì)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(shí)間短,、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn),，雖然價(jià)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(shù)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(lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A,。這就是說(shuō)：它消耗的電不超過(guò)0.1W,。
使用壽命長(zhǎng)
在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED的使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)
高亮度,、低熱量
環(huán)保
LED是由無(wú)毒的材料作成,，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)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(shù)脂里面,，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分,，這些特點(diǎn)使得LED可以說(shuō)是不易損壞的。
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