LED的發(fā)展與前景

1、LED的發(fā)展與前景摘要：LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，即發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了它的發(fā)展初期和中期，普通LED的應(yīng)用已經(jīng)成為過去，高亮度LED的使用也已無需著力推廣。另外，中小功率超高亮LED亦已誕生，并正在以極快的速度走向應(yīng)用。關(guān)鍵詞：LED 發(fā)光材料 發(fā)展 應(yīng)用一 LED的歷史11907年，Henry Joseph Round第一次發(fā)現(xiàn)碳化硅SiC的電致發(fā)光現(xiàn)象，從此拉開了人類開發(fā)另一種新型電光源的大幕?，F(xiàn)在我們知道，LED作為一種新型電光源，它的發(fā)光機(jī)理是：半導(dǎo)體中少數(shù)載流子在與多

2、數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，會(huì)以發(fā)光的形式釋放出多余的能量。繼碳化硅SiC發(fā)現(xiàn)之后，科技工作者經(jīng)過多年的研究，終于在1960年實(shí)現(xiàn)了自己的愿望，利用GaAs人工制造出了第一個(gè)發(fā)光二極管。1968年利用GaAsP又研制出了商用655納米的紅色LED。聰明的科技人員同時(shí)還意識(shí)到，LED僅有單紅色，顯然不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，由此展開了各種單基色LED乃至全彩(白色)LED的研究。由于不同半導(dǎo)體材料的能帶差異各不相同，激發(fā)出來的光波波長也各不相同，所以，采用不同的材料可制成不同基色的發(fā)光二極管，因此，半導(dǎo)體材料的開發(fā)理所當(dāng)然地成為了基色研究的重點(diǎn)。20世紀(jì)70年代中期，科研人員在半導(dǎo)體中引入銦(In)、氮(N)

3、等元素，使LED輻射出了綠光(555納米)、黃光(590納米)和橙光(610納米)，LED的色彩因此豐富了起來，選擇使用不同單基色LED的愿望在一定程度上得到了滿足。80年代末90年代初，人們使用鋁鎵銦磷(AlGaInP)生產(chǎn)出了藍(lán)光(約465納米)LED。1993年誕生了白色LED。日本日亞化學(xué)公司實(shí)現(xiàn)白光的方案是：在藍(lán)光小片上引入氮化鎵(GaN)，再拌入光敏熒光粉層，將紫外光通過熒光粉轉(zhuǎn)換為白光。此技術(shù)與現(xiàn)在的熒光燈原理相似。另外，Lu-mileds、GE等公司也對(duì)相關(guān)技術(shù)作了開發(fā)研究，在基色方面更好地滿足著人們的需要。從理論和實(shí)踐兩方面，我們都可以得到一個(gè)共同的結(jié)論：選擇使用不同的半導(dǎo)體

4、材料，可以更好地滿足人們對(duì)LED發(fā)光色彩的要求。二 LED原理2LED外施電壓后，在半導(dǎo)體p-n結(jié)處流過正向電流時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷而發(fā)生光輻射，按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，能以高的轉(zhuǎn)換效率發(fā)射2001500nm波長的光。三 開發(fā)25利用LED實(shí)際上是點(diǎn)光源這一事實(shí)而開發(fā)出各種新穎的LED。多層全光色LED置于旋轉(zhuǎn)拋物反光面的焦點(diǎn)處，從而使反射光形成平行光束。綠、蘭色LED由InGaN制成，紅色LED由GaAlAs制成，輻射的峰值波長分別是530nm、470nm和660nm。上層的綠色芯片和中層的蘭色芯片的光學(xué)表面在隔離層上形成，而底層的紅色芯片的光學(xué)表面形成于芯片密封樹脂上，由

5、于采用丙烯溶劑粘合，使肉眼看不見各個(gè)接合面。單獨(dú)點(diǎn)燃和3只芯片一起點(diǎn)燃時(shí)每種顏色的色坐標(biāo)。當(dāng)x=0.24，y=0.27時(shí)，即產(chǎn)生可見白光。這時(shí)它的發(fā)光強(qiáng)度為35cd，光譜功率為3.4mW，發(fā)光效率為5lm/W，這時(shí)每只芯片的電流為20mA。2·2峰房狀LED由于研制了一種蜂房狀的、裝有網(wǎng)屏的電路板新工藝，可以由7個(gè)LED組成蜂房結(jié)構(gòu)狀，對(duì)角線長度為15mm。它的主要用途是大尺寸顯示屏，平板SMD-LED以70°的輻射角，約7000K的色溫發(fā)出白光，其最小安裝高度僅為4mm，配備的電子控制裝置為體積小，重量輕的SNT ELI 09W，其28V端的二次引出線長達(dá)60m，可在50

6、以下的惡劣環(huán)境中正常工作。四 白光LED34白光LED具有耗電量小、壽命長、環(huán)保、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)商業(yè)化的白光LED有藍(lán)光LED+YAG:Ce熒光粉，但是其顯色性差，不能滿足通常的照明要求。因此研究可以與紫外LED、藍(lán)光LED匹配，并且能產(chǎn)生高效的各種光色發(fā)射的熒光體具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)的意義。在紫外光和藍(lán)光激發(fā)下，LiZcasio4:Eu2+產(chǎn)生藍(lán)綠光發(fā)射，主峰位于478nm。同時(shí)采用微乳液法制才備了兩種發(fā)紅光的發(fā)光材料caMoo4:Eu3+和BaMoo4:Pr3+。微乳液法制備了啞鈴狀的紅光發(fā)光粉caMoO4:Eu3+。該發(fā)光粉能夠與紫外近紫外藍(lán)光LED匹配發(fā)出鮮艷的紅光，Eu3

7、+摻雜濃度為4%樣品的cIE坐標(biāo)為 (0.63，0.35)。微乳液法制備了棒狀的紅光發(fā)光粉-BaMoO4:nr3十。其激發(fā)光覆蓋430一soonm范圍，選擇449nln激發(fā)，在6llnm和643二處產(chǎn)生紅光發(fā)光譜帶。五 發(fā)展現(xiàn)狀2LED的產(chǎn)業(yè)化與社會(huì)應(yīng)用緊密聯(lián)系在一起，而且LED的研發(fā)能否從應(yīng)用的要求出發(fā)，極大地影響著LED應(yīng)用推廣的步伐20世紀(jì)50年代第一款現(xiàn)代意義上的LED誕生后，商用的紅外LED則被迅速地應(yīng)用到了感應(yīng)等光電領(lǐng)域。60年代第一款可見光LED研制成功后，Monsanto公司更是直接將商用的紅光LED用作了指示器，HP公司則是將商用的紅光LED用于了電子顯示設(shè)備。由于這些公司在

8、電子設(shè)備中大量使用LED，使得LED的應(yīng)用得到了大力的推廣。近年來，中大功率超高亮度LED方面的研究則更具有了超前的出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用要求，直接開發(fā)生產(chǎn)車用LED組件，使得超高亮LED應(yīng)用于汽車高位剎車燈，在短短的幾年的時(shí)間里，LED組件就占據(jù)了汽車高位剎車燈中相當(dāng)?shù)姆蓊~，極大地加快了LED新品的應(yīng)用步伐，極大地?cái)U(kuò)展了LED的市場(chǎng)空間。綜合起來我們不難得出結(jié)論：材料決定基色，材料和結(jié)構(gòu)決定發(fā)光效率，工藝決定生產(chǎn)規(guī)模并極大地影響著生產(chǎn)成本，而這些方面進(jìn)步動(dòng)力來源應(yīng)用的要求。因此，在LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟的今天，我們關(guān)于LED的研究，有必要從應(yīng)用要求出發(fā)，這樣會(huì)使我們的研究目的更加明確，有利于

9、LED技術(shù)的推廣應(yīng)用。六 LED的實(shí)際應(yīng)用67眾所周知，目前我國能源日益緊缺，LED 照明可大大達(dá)到節(jié)電目的，據(jù)有關(guān)資料顯示，全國只要有 1/3 的白熾燈被 LED燈取代， 每年就能為國家節(jié)省用電近 1000 億度，相當(dāng)于一個(gè)三峽工程的年發(fā)電量。LED即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，發(fā)光二極管的主要組成部分是由 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)過渡層，稱為 PN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

10、式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。LED耗電非常低，是目前我國全面推廣的新型節(jié)能光源。6.1信號(hào)燈LED 發(fā)出的光是單色光，因而不需要用色片來產(chǎn)生紅、黃、綠的信號(hào)顏色；LED 發(fā)出的光具有方向性，并有一定的發(fā)散角，由此可以摒棄傳統(tǒng)信號(hào)燈中使用的非球面反光鏡。LED的這個(gè)特點(diǎn)解決了傳統(tǒng)信號(hào)燈存在的幻像和色片褪色問題，提高了光效。而且 LED本身發(fā)出的是色光，可根據(jù)實(shí)際情況隨意調(diào)節(jié)設(shè)置所需顏色，達(dá)到區(qū)別辨識(shí)的不同目的，減少重復(fù)設(shè)置多色彩燈的麻煩，提高光利用率。信號(hào)燈的工作環(huán)境相對(duì)比較惡劣，嚴(yán)寒酷暑、日曬雨淋，因而對(duì)燈具的可靠性要求較高。一般信號(hào)燈用白熾燈泡的平均壽命是 1000h，低壓鹵鎢燈泡

11、的平均壽命是 2000h。傳統(tǒng)信號(hào)燈每年至少需要更換 34次，維修保養(yǎng)費(fèi)用高，需要耗費(fèi)相當(dāng)大的人力和物力。而 LED 的功耗小，一般約僅為白熾燈光源信號(hào)燈的 10%20%，工作壽命為 510 年，在實(shí)際使用中，已經(jīng)有許多 LED交通信號(hào)燈使用時(shí)間超過 5 年，并且 LED未有損壞。還有個(gè)比較大的優(yōu)點(diǎn)是鹵鎢燈泡等所不及的是回應(yīng)時(shí)間快，從而減少交事故的發(fā)生。由于單個(gè) LED 僅為整個(gè)信號(hào)燈燈盤中特殊的一個(gè)發(fā)光單元，只要信號(hào)燈線路板設(shè)計(jì)合理，即使個(gè)別 LED燒毀，也不會(huì)影響別的 LED 發(fā)光單元，維修保養(yǎng)費(fèi)用低。LED 在交通信號(hào)燈方面的應(yīng)用，其發(fā)展非常迅速，應(yīng)用市場(chǎng)前景也非常好，已基本替代傳統(tǒng)光源

12、。6.2 路燈隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，節(jié)能減排成為共識(shí)。亮度高、能耗低、壽命長、安全環(huán)保的特點(diǎn)，LED照明被認(rèn)為是照明新技術(shù)。LED單管功率 0.03W0.06 W， 采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)電壓 1.5V3.5 V，電流 15 A18 A，反應(yīng)速度快，可高頻操作。在同樣照明效果的情況下，耗電量是熒光燈管的 1/2，白熾燈泡的1/8，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED 替代路燈照明中的白熾燈和熒光燈，則每年可節(jié)約 25%的照明用電量。普通照明光源采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，有燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。而采用 LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎。發(fā)熱量低，

13、無熱輻射，冷光源，可以安全觸摸；能精確控制光型及發(fā)光角度，內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，光色柔和，無眩光；LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊，廢棄物可回收，不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，沒有污染。與目前城市道路照明廣泛使用的高壓鈉燈相比，LED路燈的顯著優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能和顯色性佳。高壓鈉燈光譜窄，顯色性較差，黃光也容易讓人感到困倦，而 LED路燈顯色性較好，更接近自然光色，路面上的行人和駕乘者的感覺也更舒適。LED路燈作為一種環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定、顯色性佳的新型光源，正在被廣泛應(yīng)用。6.3 節(jié)能燈LED 節(jié)能燈是用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光源，光效高、耗電少，壽命長，易控制，安全環(huán)保

14、，是新一代固體冷光源，比管形節(jié)能燈省電，亮度高，投光遠(yuǎn)，投光性能好，使用電壓范圍寬，光源通過微電腦內(nèi)置控制器，可實(shí)現(xiàn) LED七種色彩變化，光色柔和、低能耗，綠色環(huán)保，適用各種公共場(chǎng)所長時(shí)間照明。與白熾燈管或低壓熒光燈管，LED 的穩(wěn)定性和長壽命是明顯優(yōu)勢(shì)：白熾燈的連續(xù)工作時(shí)間很少超過 1000 小時(shí)，采用電子驅(qū)動(dòng)器的熒光燈管的連續(xù)工作時(shí)間可超過 8000 小時(shí)，但 LED無故障工作 50000小時(shí)。6.4 智能電力監(jiān)測(cè)多功能電力監(jiān)測(cè)儀表專門針對(duì)供配電系統(tǒng)的電力監(jiān)控需求設(shè)計(jì)制造。它能高精度的測(cè)量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等；長壽命的

15、LED顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息；帶有 RS485 通訊接口；儀表面板帶有四個(gè)編程按鍵，用戶可現(xiàn)場(chǎng)方便的實(shí)現(xiàn)顯示切換、儀表參數(shù)編程設(shè)置，具有很強(qiáng)的靈活性。6.5 霓虹燈LED 霓虹燈采用全新的結(jié)構(gòu)和專有技術(shù)，主體由高亮度發(fā)光二極管通過特殊的專利結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，運(yùn)用特有的光學(xué)技術(shù)與專有的包覆層設(shè)計(jì)而形成。主要特性是節(jié)能、環(huán)保、防震、防水，其最大的特點(diǎn)就是發(fā)光均勻，360 度通體發(fā)光，在工作狀態(tài)下從外看不到 LED的發(fā)光點(diǎn)，與傳統(tǒng)霓虹燈的發(fā)光效果完全相同。環(huán)保 LED霓虹燈帶無光線輻射，選材不含鉛、汞等有害物質(zhì)，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境無電磁干擾，而傳統(tǒng)霓虹燈在制作過程中必須采用惰性氣體，含鉛等材料，發(fā)射的光線有輻射。該產(chǎn)品發(fā)光均勻、柔和，從外觀看不見 LED 發(fā)光點(diǎn)，而傳統(tǒng)軟管發(fā)光體的小燈泡，達(dá)不到霓虹管的勻光的效果。在正常使用期內(nèi)基本無需維護(hù)，而傳統(tǒng)霓虹燈每年都要花去很大的維修費(fèi)用。1汪浩.LED產(chǎn)業(yè)的過去、現(xiàn)在和未來.揚(yáng)州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007年