LED的发展与前景

1、LED的发展与前景摘要：LED是英文Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED产业已经走过了它的发展初期和中期，普通LED的应用已经成为过去，高亮度LED的使用也已无需着力推广。另外，中小功率超高亮LED亦已诞生，并正在以极快的速度走向应用。关键词：LED 发光材料 发展 应用一 LED的历史11907年，Henry Joseph Round第一次发现碳化硅SiC的电致发光现象，从此拉开了人类开发另一种新型电光源的大幕。现在我们知道，LED作为一种新型电光源，它的发光机理是：半导体中少数载流子在与多

2、数载流子复合时，会以发光的形式释放出多余的能量。继碳化硅SiC发现之后，科技工作者经过多年的研究，终于在1960年实现了自己的愿望，利用GaAs人工制造出了第一个发光二极管。1968年利用GaAsP又研制出了商用655纳米的红色LED。聪明的科技人员同时还意识到，LED仅有单红色，显然不能满足实际应用的需要，由此展开了各种单基色LED乃至全彩(白色)LED的研究。由于不同半导体材料的能带差异各不相同，激发出来的光波波长也各不相同，所以，采用不同的材料可制成不同基色的发光二极管，因此，半导体材料的开发理所当然地成为了基色研究的重点。20世纪70年代中期，科研人员在半导体中引入铟(In)、氮(N)

3、等元素，使LED辐射出了绿光(555纳米)、黄光(590纳米)和橙光(610纳米)，LED的色彩因此丰富了起来，选择使用不同单基色LED的愿望在一定程度上得到了满足。80年代末90年代初，人们使用铝镓铟磷(AlGaInP)生产出了蓝光(约465纳米)LED。1993年诞生了白色LED。日本日亚化学公司实现白光的方案是：在蓝光小片上引入氮化镓(GaN)，再拌入光敏荧光粉层，将紫外光通过荧光粉转换为白光。此技术与现在的荧光灯原理相似。另外，Lu-mileds、GE等公司也对相关技术作了开发研究，在基色方面更好地满足着人们的需要。从理论和实践两方面，我们都可以得到一个共同的结论：选择使用不同的半导体

4、材料，可以更好地满足人们对LED发光色彩的要求。二 LED原理2LED外施电压后，在半导体p-n结处流过正向电流时，其内部会产生受激电子跃迁而发生光辐射，按照不同半导体基本材料的物理特性，能以高的转换效率发射2001500nm波长的光。三 开发25利用LED实际上是点光源这一事实而开发出各种新颖的LED。多层全光色LED置于旋转抛物反光面的焦点处，从而使反射光形成平行光束。绿、兰色LED由InGaN制成，红色LED由GaAlAs制成，辐射的峰值波长分别是530nm、470nm和660nm。上层的绿色芯片和中层的兰色芯片的光学表面在隔离层上形成，而底层的红色芯片的光学表面形成于芯片密封树脂上，由

5、于采用丙烯溶剂粘合，使肉眼看不见各个接合面。单独点燃和3只芯片一起点燃时每种颜色的色坐标。当x=0.24，y=0.27时，即产生可见白光。这时它的发光强度为35cd，光谱功率为3.4mW，发光效率为5lm/W，这时每只芯片的电流为20mA。2·2峰房状LED由于研制了一种蜂房状的、装有网屏的电路板新工艺，可以由7个LED组成蜂房结构状，对角线长度为15mm。它的主要用途是大尺寸显示屏，平板SMD-LED以70°的辐射角，约7000K的色温发出白光，其最小安装高度仅为4mm，配备的电子控制装置为体积小，重量轻的SNT ELI 09W，其28V端的二次引出线长达60m，可在50

6、以下的恶劣环境中正常工作。四 白光LED34白光LED具有耗电量小、寿命长、环保、响应速度快等优点。目前已经商业化的白光LED有蓝光LED+YAG:Ce荧光粉，但是其显色性差，不能满足通常的照明要求。因此研究可以与紫外LED、蓝光LED匹配，并且能产生高效的各种光色发射的荧光体具有重要的理论和现实的意义。在紫外光和蓝光激发下，LiZcasio4:Eu2+产生蓝绿光发射，主峰位于478nm。同时采用微乳液法制才备了两种发红光的发光材料caMoo4:Eu3+和BaMoo4:Pr3+。微乳液法制备了哑铃状的红光发光粉caMoO4:Eu3+。该发光粉能够与紫外近紫外蓝光LED匹配发出鲜艳的红光，Eu3

7、+掺杂浓度为4%样品的cIE坐标为 (0.63，0.35)。微乳液法制备了棒状的红光发光粉-BaMoO4:nr3十。其激发光覆盖430一soonm范围，选择449nln激发，在6llnm和643二处产生红光发光谱带。五 发展现状2LED的产业化与社会应用紧密联系在一起，而且LED的研发能否从应用的要求出发，极大地影响着LED应用推广的步伐20世纪50年代第一款现代意义上的LED诞生后，商用的红外LED则被迅速地应用到了感应等光电领域。60年代第一款可见光LED研制成功后，Monsanto公司更是直接将商用的红光LED用作了指示器，HP公司则是将商用的红光LED用于了电子显示设备。由于这些公司在

8、电子设备中大量使用LED，使得LED的应用得到了大力的推广。近年来，中大功率超高亮度LED方面的研究则更具有了超前的出发点，根据应用要求，直接开发生产车用LED组件，使得超高亮LED应用于汽车高位刹车灯，在短短的几年的时间里，LED组件就占据了汽车高位刹车灯中相当的份额，极大地加快了LED新品的应用步伐，极大地扩展了LED的市场空间。综合起来我们不难得出结论：材料决定基色，材料和结构决定发光效率，工艺决定生产规模并极大地影响着生产成本，而这些方面进步动力来源应用的要求。因此，在LED产业已经发展到相对成熟的今天，我们关于LED的研究，有必要从应用要求出发，这样会使我们的研究目的更加明确，有利于

9、LED技术的推广应用。六 LED的实际应用67众所周知，目前我国能源日益紧缺，LED 照明可大大达到节电目的，据有关资料显示，全国只要有 1/3 的白炽灯被 LED灯取代， 每年就能为国家节省用电近 1000 亿度，相当于一个三峡工程的年发电量。LED即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，发光二极管的主要组成部分是由 p型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 P型半导体和 N型半导体之间有一个过渡层，称为 PN结。在某些半导体材料的 PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形

10、式释放出来，从而把电能直接转换为光能。LED耗电非常低，是目前我国全面推广的新型节能光源。6.1信号灯LED 发出的光是单色光，因而不需要用色片来产生红、黄、绿的信号颜色；LED 发出的光具有方向性，并有一定的发散角，由此可以摒弃传统信号灯中使用的非球面反光镜。LED的这个特点解决了传统信号灯存在的幻像和色片褪色问题，提高了光效。而且 LED本身发出的是色光，可根据实际情况随意调节设置所需颜色，达到区别辨识的不同目的，减少重复设置多色彩灯的麻烦，提高光利用率。信号灯的工作环境相对比较恶劣，严寒酷暑、日晒雨淋，因而对灯具的可靠性要求较高。一般信号灯用白炽灯泡的平均寿命是 1000h，低压卤钨灯泡

11、的平均寿命是 2000h。传统信号灯每年至少需要更换 34次，维修保养费用高，需要耗费相当大的人力和物力。而 LED 的功耗小，一般约仅为白炽灯光源信号灯的 10%20%，工作寿命为 510 年，在实际使用中，已经有许多 LED交通信号灯使用时间超过 5 年，并且 LED未有损坏。还有个比较大的优点是卤钨灯泡等所不及的是回应时间快，从而减少交事故的发生。由于单个 LED 仅为整个信号灯灯盘中特殊的一个发光单元，只要信号灯线路板设计合理，即使个别 LED烧毁，也不会影响别的 LED 发光单元，维修保养费用低。LED 在交通信号灯方面的应用，其发展非常迅速，应用市场前景也非常好，已基本替代传统光源

12、。6.2 路灯随着社会的不断发展，节能减排成为共识。亮度高、能耗低、寿命长、安全环保的特点，LED照明被认为是照明新技术。LED单管功率 0.03W0.06 W， 采用直流驱动，单管驱动电压 1.5V3.5 V，电流 15 A18 A，反应速度快，可高频操作。在同样照明效果的情况下，耗电量是荧光灯管的 1/2，白炽灯泡的1/8，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED 替代路灯照明中的白炽灯和荧光灯，则每年可节约 25%的照明用电量。普通照明光源采用电子光场辐射发光，有灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用 LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。发热量低，

13、无热辐射，冷光源，可以安全触摸；能精确控制光型及发光角度，内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，光色柔和，无眩光；LED为全固体发光体，耐震、耐冲击，废弃物可回收，不含汞、钠元素等可能危害健康的物质，没有污染。与目前城市道路照明广泛使用的高压钠灯相比，LED路灯的显著优点是节能和显色性佳。高压钠灯光谱窄，显色性较差，黄光也容易让人感到困倦，而 LED路灯显色性较好，更接近自然光色，路面上的行人和驾乘者的感觉也更舒适。LED路灯作为一种环保、节能、稳定、显色性佳的新型光源，正在被广泛应用。6.3 节能灯LED 节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源，光效高、耗电少，寿命长，易控制，安全环保

14、，是新一代固体冷光源，比管形节能灯省电，亮度高，投光远，投光性能好，使用电压范围宽，光源通过微电脑内置控制器，可实现 LED七种色彩变化，光色柔和、低能耗，绿色环保，适用各种公共场所长时间照明。与白炽灯管或低压荧光灯管，LED 的稳定性和长寿命是明显优势：白炽灯的连续工作时间很少超过 1000 小时，采用电子驱动器的荧光灯管的连续工作时间可超过 8000 小时，但 LED无故障工作 50000小时。6.4 智能电力监测多功能电力监测仪表专门针对供配电系统的电力监控需求设计制造。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等；长寿命的

15、LED显示仪表测量参数和电网系统的运行信息；带有 RS485 通讯接口；仪表面板带有四个编程按键，用户可现场方便的实现显示切换、仪表参数编程设置，具有很强的灵活性。6.5 霓虹灯LED 霓虹灯采用全新的结构和专有技术，主体由高亮度发光二极管通过特殊的专利结构进行连接，运用特有的光学技术与专有的包覆层设计而形成。主要特性是节能、环保、防震、防水，其最大的特点就是发光均匀，360 度通体发光，在工作状态下从外看不到 LED的发光点，与传统霓虹灯的发光效果完全相同。环保 LED霓虹灯带无光线辐射，选材不含铅、汞等有害物质，符合国际标准，对环境无电磁干扰，而传统霓虹灯在制作过程中必须采用惰性气体，含铅等材料，发射的光线有辐射。该产品发光均匀、柔和，从外观看不见 LED 发光点，而传统软管发光体的小灯泡，达不到霓虹管的匀光的效果。在正常使用期内基本无需维护，而传统霓虹灯每年都要花去很大的维修费用。1汪浩.LED产业的过去、现在和未来.扬州教育学院学报，2007年