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    LED 是英文 light emitting diode (發光二極管)的縮寫,它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,置於一個有引線的架子上,然後四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,所以 LED 的抗震性能好。
    一、 LED簡介
    LED結構以及發光原理
    LED(Light Emitting Diode),發光二極管,是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片,晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它裡麵空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用於這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區裡電子跟空穴復合,然後就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。
    最初LED用作機器機表的指示光源,後來各種光色的LED在交通信號燈和大麵積顯示屏中得到瞭廣泛應用,產生瞭很好的經濟效益和社會效益。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,它產生2000流明的白光。經紅色濾光片後,光損失90%,隻剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中,Lumileds公司采用瞭18個紅色LED光源,包括電路損失在內,共耗電14瓦,即可產生同樣的光效。 汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。
    對於一般照明而言,人們更需要白色的光源。1998年發白光的LED開發成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發藍光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫燒結製成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發後發出黃色光射,峰值550nm。藍光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基片發出的藍光部分被熒光粉吸收,另一部分藍光與熒光粉發出的黃光混合,可以得到得白光。現在,對於InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG熒光粉的化學組成和調節熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED得到白光的方法,構造簡單、成本低廉、技術成熟度高,因此運用最多。
    上個世紀60年代,科技工作者利用半導體PN結發光的原理,研製成瞭LED發光二極管。當時研製的LED,所用的材料是GaASP,其發光顏色為紅色。經過近30年的發展,現在大傢十分熟悉的LED,已能發出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在近年才發展起來,這裡向讀者介紹有關照明用白光LED。
    LED用途介紹
      1. 可見光的光譜和LED白光的關系。 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、紫,但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發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,因為白光不是單色光,而是由多種單色光合成的復合光,正如太陽光是由七種單色光合成的白色光,而彩色電視機中的白色光也是由三基色紅、綠、藍合成。由此可見,要使LED發出白光,它的光譜特性應包括整個可見的光譜范圍。但要製造這種性能的LED,在目前的工藝條件下是不可能的。根據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,即二波長發光(藍色光+黃色光)或三波長發光(藍色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光,都需要藍色光,所以攝取藍色光已成為製造白光的關鍵技術,即當前各大LED製造公司追逐的“藍光技術”。目前國際上掌握“藍光技術”的廠商僅有少數幾傢,所以白光LED的推廣應用,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的工藝結構和白色光源。 對於一般照明,在工藝結構上,白光LED通常采用兩種方法形成,第一種是利用“藍光技術”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生白光器件。第一種方法產生白光的系統如圖1所示,圖中LED GaM芯片發藍光(λp=465nm),它和YAG(釔鋁石榴石)熒光粉封裝在一起,當熒光粉受藍光激發後發出黃色光,結果,藍光和黃光混合形成白光(構成LED的結構如圖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生白光。
    3.白光LED照明新光源的應用前景。 為瞭說明白光LED的特點,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的光效隻有5流明/瓦,到瞭1999年已達到15流明/瓦,這一指標與一般傢用白熾燈相近,而在2000年時,白光LED的光效已達25流明/瓦,這一指標與鹵鎢燈相近。有公司預測,到2005年,LED的光效可達50流明/瓦,到2015年時,LED的光效可望達到150~200流明/瓦。那時的白光LED的工作電流便可達安培級。由此可見開發白光LED作傢用照明光源,將成可能的現實。
    普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜,但光效低(燈的熱效應白白耗電),壽命短,維護工作量大,但若用白光LED作照明,不僅光效高,而且壽命長(連續工作時間10000小時以上),幾乎無需維護。目前,德國Hella公司利用白光LED開發瞭飛機閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用瞭白光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。可以預見不久的將來,白光LED定會進入傢庭取代現有的照明燈。
    LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強、穩定性高、響應時間短、對環境無污染、多色發光等的優點,雖然價格較現有照明器材昂貴,仍被認為是它將不可避免地現有照明器件。

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