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LED 是英文 light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線(xiàn)的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線(xiàn)的作用，所以 LED 的抗震性能好。
一、 LED簡(jiǎn)介
LED結(jié)構(gòu)以及發(fā)光原理
LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。
起初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車(chē)信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開(kāi)發(fā)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(fā)藍(lán)光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹(shù)脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過(guò)藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用較多。
上個(gè)世紀(jì)６０年代，科技工作者利用半導(dǎo)體ＰＮ結(jié)發(fā)光的原理，研制成了ＬＥＤ發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)研制的ＬＥＤ，所用的材料是ＧａＡＳＰ，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的ＬＥＤ，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光ＬＥＤ僅在近年才發(fā)展起來(lái)，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光ＬＥＤ。
LED用途介紹
１． 可見(jiàn)光的光譜和ＬＥＤ白光的關(guān)系。 眾所周之，可見(jiàn)光光譜的波長(zhǎng)范圍為３８０ｎｍ～７６０ｎｍ，是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如ＬＥＤ發(fā)的紅光的峰值波長(zhǎng)為565ｎｍ。在可見(jiàn)光的光譜中是沒(méi)有白色光的，因?yàn)榘坠獠皇菃紊?，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽(yáng)光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機(jī)中的白色光也是由三基色紅、綠、藍(lán)合成。由此可見(jiàn)，要使ＬＥＤ發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個(gè)可見(jiàn)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(jù)人們對(duì)可見(jiàn)光的研究，人眼睛所能見(jiàn)的白光，至少需兩種光的混合，即二波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍(lán)色光，所以攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大ＬＥＤ制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。目前國(guó)際上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，所以白光ＬＥＤ的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光ＬＥＤ在我國(guó)的推廣還有一個(gè)過(guò)程。
２． 白光ＬＥＤ的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。 對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光ＬＥＤ通常采用兩種方法形成，一是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；二是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。一方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖１所示，圖中ＬＥＤ ＧａＭ芯片發(fā)藍(lán)光（λｐ＝４６５ｎｍ），它和ＹＡＧ（釔鋁石榴石）熒光粉封裝在一起，當(dāng)熒光粉受藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光，結(jié)果，藍(lán)光和黃光混合形成白光（構(gòu)成ＬＥＤ的結(jié)構(gòu)如圖２所示）。二方法采用不同色光的芯片封裝在一起，通過(guò)各色光混合而產(chǎn)生白光。
３．白光ＬＥＤ照明新光源的應(yīng)用前景。 為了說(shuō)明白光ＬＥＤ的特點(diǎn)，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(duì)白光ＬＥＤ：在１９９８年，白光ＬＥＤ的光效只有５流明／瓦，到了１９９９年已達(dá)到１５流明／瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在２０００年時(shí)，白光ＬＥＤ的光效已達(dá)２５流明／瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測(cè)，到２００５年，ＬＥＤ的光效可達(dá)５０流明／瓦，到２０１５年時(shí)，ＬＥＤ的光效可望達(dá)到１５０～２００流明／瓦。那時(shí)的白光ＬＥＤ的工作電流便可達(dá)安培級(jí)。由此可見(jiàn)開(kāi)發(fā)白光ＬＥＤ作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實(shí)。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價(jià)格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護(hù)工作量大，但若用白光ＬＥＤ作照明，不僅光效高，而且壽命長(zhǎng)（連續(xù)工作時(shí)間１００００小時(shí)以上），幾乎無(wú)需維護(hù)。目前，德國(guó)Ｈｅｌｌａ公司利用白光ＬＥＤ開(kāi)發(fā)了飛機(jī)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(guó)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(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)，白光ＬＥＤ定會(huì)進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時(shí)間短、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn)，雖然價(jià)格較現(xiàn)有照明器材昂貴，仍被認(rèn)為是它將不可避免地現(xiàn)有照明器件。