高亮度LED的發展及應用

在電燈發明100多年之後,照明技術的進步使電燈也面臨著嚴重的威脅。為了實現從傳統的電燈照明到LED(Light-emitting diode,發光二極體)照明的過渡,主要的光源製造商正在加強和LED製造商的聯合。超高亮度LED主要指AlGaInp的紅、橙、黃色LED,GaN基藍、綠、紫和紫外線LED。

我們知道,發光是一種能量轉換現象。當系統受到外界激發後,會從穩定的低能態躍遷到不穩定的高能態。當系統由不穩定的高能態重新回到穩定的低能態時,如果多餘的能量以光的形式輻射出來,就產生發光現象。半導體發光二極體利用注入PN結的少數載流子與多數載流子複合,從而發出可見光,是一種直接把電能轉化為光能的發光器件。從半導體中得到電致發光。在20世紀60年代中期,首先出現了商用化的紅色發光二極體。

LED的結構主要由PN結晶片、電極和光學系統組成。當在電極上加上正向偏壓之後,使電子和空穴分別注入P區和N區,當非平衡少數載流子與多數載流子複合時,就會以輻射光子的形式將多餘的能量轉化為光能。其發光過程包括三個部分:正向偏壓下的載流子注入、複合輻射和光能傳輸。發光二極體有許多的優點:工作電壓低,耗電量少;性能穩定,壽命長(一般為10 萬到1000萬小時);抗衝擊,耐振動性強;重量輕,體積小,成本低。

目前的LED主要用於顯示器件和短距離、低速率的光纖通信用光源,如各種儀器儀錶指示器的文字、數位及其他符號的顯示等。由於亮度和顏色等原因,目前LED還不能用於通用的照明,而這正是LED未來的一個非常重要的發展方向。

無論我們選擇哪一種方法來產生白光,如果想取代電燈泡,所採用的LED燈必須可以發出更多的光,必須具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的電能消耗可以產生數十個流明(用來測量光強的單位)的照明,與白熾燈泡的效率相當。白光LED大約有10%的電能轉化為光能,而白熾燈泡的轉化效率是7%-8%。但是,白色LED顯然要比白熾燈泡昂貴得多。

但是,LED如果想要在照明市場上佔領較大的市占率,就必須能發出適當色調的光。眾所周知,白熾燈泡具有非常強的黃色光成分,給人一種溫暖的感覺。但是白螢光粉、LED發出的白光明顯帶有藍色光成分。在這種白光LED照明下,一切看起來都不太自然,與白天的情況相差太大。但是,技術正在不斷進步,未來人們可以隨手調節刻度盤以得到使用者認為最適宜的照明狀態。

高亮度LED的發展也因此必須很密切注意LED驅動IC技術的發展,以及高亮度LED本身針對不同波長所做不同技術的努力,產品必須品質更均衡,避免LED燈具成品發生部分LED光衰明顯的缺憾。

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