发光二极管(LED)是一种电致发光的光电器件。早在1907年开始,人们就发现某些半导体制成的二极管在正向导通时有发光的现象,但生产出有一定发光效率的红光LED已是1969年了。到今天,LED已生产了30多年,回顾过去,它已茁壮成长。各种类型的LED、利用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品(如白光LED驱动器)发展迅速,新产品不断上市,已发展成不少新型产业。展望将来,还期望更进一步地提高。
发光强度及发光效率的提高
作为指示灯方面的应用,有几个mcd的发光强度也可以了,但由LED组成的数码管或字符管则显得亮度不足,若要用于户外作信号或标志显示,则其亮度太低,不能满足使用的要求。所以LED的主要发展方向是提高发光强度(也就是一般所指的提高亮度)。
随着半导体材料及半导体工艺技术、设备的发展,LED的亮度不断提高,开发出高亮度及超高亮度LED,并且不断创造新记录。
笔者用现有的LED资料,以中5标准封装、发红光、视角差不多的LED为例,以不同的生产年份的发光强度来说明LED发光强度提高的情况,如表1所示。 5
40)this.width=540" vspace=5> 从表2可以看出,这30多年来,LED的发光效率提高了250倍以上。1970-1990年LED发光效率提高较慢,1990-2005年则提高较快。例如,Cree公司生产的lW白光LED XL7090WHT,其发光效率可达601m/W。 由于XL7090WHT发光强度大、发光效率高,因此它适用于家庭、商业或场所明、DVD、笔记本电脑、机的彩色显示屏的背光,广告灯、路灯及标志灯,汽车及工具的内外照明及数码相机的闪光灯等。
LED的功率提高
我们知道LED的发光强度与正向电流IF,几乎成线性关系,即增加正向电流IF可增加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的限制,PD=VFxIF(VF为正向压降),若过大地增加IF而使PD超过最大值时,LED会过热而损坏。为了要提高发光强度,开发出中功率LED(一般为几百mW),其工作电流也提高到70mA。近年来,为进一步提高发光强度,开发出大功率LED,其功率一般为1～10W(有一些还大于10W)。它的工作电流一般为350～700mA,有些可达1A以上。
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以American Opto Plus LED公司生产的5W的PU-5WXX系列为例,在700mA电流下,其结温了Tj为25℃,其典型发光强度如表3所示(大功率LED的发光强度用光通量表示)。
从表3可以看出,除蓝光LED的发光强度及发光效率较低外,其他发光颜色的发光强度及发光效率都相当高。
早期生产的LED是小功率的(几十至上百mW),现在已能生产大于10W的大功率LED,在功率上增加了100倍以上。
虽然说小功率LED与大功率LED的发光效率是差不多的,但LUMILEDS公司的研究表明,大功率白光LED比Φ5白光LED的寿命更长。另外,采用很多小功率白光LED组成的灯泡可靠性也差一些,灯泡体积也较大。例如,用1W白光LED做成灯具,其尺寸为50.8mmx50.8mmx7.1mm,而采用Φ5白光LED来做,其体积则要大得多。但目前大功率LED投产时间不长,价位较高,所以目前大部分LED灯泡仍是用小功率LED做的。
白光LED的诞生是个突破
白光LED是LED家族中最后一个问世的,它的诞生是LED生产中一个重要的突破,它将成为新的照明光源。 采用R、G、B三色LED可以组成彩色LED显示屏的像素,用它组成彩色LED显示屏。
灯泡创造良好的条件。
在2005年开发出无荧光粉的、Φ
5、透明树脂封装的白光LED。该白光LED采用蓝宝石(Al2O
3)为衬底,采用InGaN工艺技术制成。在IF为20mA时,发光强度为700～1200mcd。
白光LED照明灯泡
近年来,LED的发光强度及发光效率迅速提高、发光颜色齐全、功率增加、降低,给开发各种功能的LED灯泡及灯具创造了极好的条件,也给二次开发LED产品创造良好的机会。例如,现在的城市信号灯及标志灯采用LED替代了传统的白炽灯,不仅节省大量的电能,而且无须经常更换损坏的白炽灯:五彩缤纷的各种LED装饰灯,给城市夜景打扮得五光十色,广场上的超大屏幕的彩色LED显示屏让全世界的球迷过足了瘾。
本文将介绍以下几种白光LED灯的应用及发展,包括彩色LCD的背光照明灯、闪光灯及家用LED照明灯,它们最大的特点是节电和寿命长。
1 彩色LCD的背光照明
由于白光LED作背光时电路比用CCFL简单且尺寸小,所以在手机、PDA等小屏幕彩色LCD中都采用白光LED作背光照明。过去认为白光LED只适用于小面积的彩色LCD显示屏,但近年来,随着LED性能的提高,它不仅用于小尺寸LED屏幕,现已用于5英寸、7英寸DVD、GPS的显示屏上,并发展到12英寸笔记本电脑及电视机的背光照明。
2 闪光灯
数码相机正逐渐替代用胶卷的相机,在数码相机中采用超高亮度的白光LED替代了传统的氙灯。采用超高亮度的白光LED作闪光灯不仅电路简单、尺寸小、耗电省,而且无须充电时间。例如,前面提到的1W白光LED XL7090WHT,它在用作闪光灯时,700mA的脉冲电流时其典型光通量为981m。
3 家用LED照明灯
目前家用照明灯主要是白炽灯、荧光灯(日光灯)及节能荧光灯。白光LED灯泡与荧光灯、节能荧光灯、白炽灯泡在发光效率及平均寿命上的比较如表4所示。
从表4可知,白光LED灯泡的发光效率高于白炽灯泡,但低于荧光灯及节能荧光灯。白光LED的平均寿命最长的,比节能荧光灯高8倍,比白炽灯高33倍多。
算一笔节电帐及帐
白光LED做成的照明灯节能、长寿命。笔者将发光亮度相差不多的三种灯在使用中作了节电上及经济上的比较。这三种灯分别是3W的白光LED灯泡、5W的节能荧光灯和25W的白炽灯泡。这三种灯都采用220V市电供电。在计算中,3W的白光LED灯泡按5W计算(其中有2W是AD/DC及驱动电路的损耗),5W的节能荧光灯按7W计算(2W是自镇流及电路的损耗)。这里要说明的是3W白光LED灯泡及5W节能荧光灯的生产工厂并没有给出这种损耗值,2W是笔者估算的。计算的结果如表5所示。
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结束语
白炽灯自发明以来已有150年,而白光LED灯泡生产才几年。目前在上已有白光LED的手电筒、在矿上有白光LED的矿灯,不仅亮度好,而且节电。家用白光LED灯泡目前还没有上市,而且目前只能生产小功率的灯泡,在亮度方面还不如节能荧光灯亮,且价位还较高,普通家庭还难以接受。
随着半导体材料及工艺技术的进步,生产量的增加,笔者认为可能还需3～5年时间,LED照明灯的性能会进一步地提高,价格也会不断地下降,它将逐步地进入千家万户,给您带来节电、明亮的新的光源。