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    淺談LED發光管
    2012-08-07 17:51:44    boxsin發布    點擊次數:2865

        LED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,在它里面空穴占主導地位,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于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后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。50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識,第一個商用二極管產生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(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,置于一個有引線的架子上,然后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。
      發光二極管的核心部分
      由p型半導體和n型半導體組成的晶片,在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層,稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中,注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓,少數載流子難以注入,故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管,通稱LED。當它處于正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。
      最初LED用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用,產生了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。經紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中,Lumileds公司采用了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。
      對于一般照明而言,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),高溫燒結制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發后發出黃色光射,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?,F在,對于InGaNYAG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,研制成了LED發光二極管。當時研制的LED,所用的材料是GaASP,其發光顏色為紅色。經過近30年的發展,現在大家十分熟悉的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,這里向讀者介紹有關照明用白光LED。
      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黃、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。但要制造這種性能的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制造白光的關鍵技術,即當前各大LED制造公司追逐的“藍光技術”。目前國際上掌握“藍光技術”的廠商僅有少數幾家,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
      對于一般照明,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LEDGaM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后發出黃色光,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
      為了說明白光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的光效只有5流明/瓦,到了1999年已達到15流明/瓦,這一指標與一般家用白熾燈相近,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作家用照明光源,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開發了飛機閱讀燈;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見不久的將來,白光LED定會進入家庭取代現有的照明燈。
      LED光源的特性:
      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。
      LED特點和優點
      LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替傳統的光源,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氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕。
      LED耗電非常低:一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電不超過0.1W。
      LED使用壽命長:在恰當的電流和電壓下,LED的使用壽命可達10萬小時
      高亮度、低熱量
      環保
      LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。
    LED堅固耐用
     LED是被完全的封裝在環氧樹脂里面,它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分,這些特點使得LED可以說是不易損壞的。

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