? ?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light emitting diode(發(fā)光二極管)的縮寫,它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料,
置于一個有引線的架子上,然后四周用環(huán)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(fā)光二極管的核心部分是由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(fā)光。
這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)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(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。 ?
1. 電壓:LED使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據產品不同而異,所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源,
特別適用于公共場所。 ??
2. 效能:消耗能量較同光效的白熾燈減少80% ??8. 價格:LED的價格比較昂貴,較之于白熾燈,幾只LED的價格就可以與一只白熾燈的價格相當,而通常每組信號燈需由上300~500只二極管構成。 ??
? ? ??最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP,
發(fā)紅光(λp=650nm),在驅動電流為20毫安時,光通量只有千分之幾個流明,相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 ??
? ?70年代中期,引入元素In和N,使LED產生綠光(λp=555nm),黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),
光效也提高到1流明/瓦。 ??
? ?到了80年代初,出現了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光效達到10流明/瓦 ??90年代初,發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功,使LED的光效得到大幅度的提高。
在2000年,前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區(qū)域
(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦。 ??
? ?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。1987年,我國開始在汽車上安裝高位剎車燈,由于LED響應速度快(納秒級),
可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況,減少汽車追尾事故的發(fā)生。 ??
另外,LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏,匙扣式微型電筒等領域都得到了應用。 ??
? ?對于一般照明而言,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(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)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(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收,另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光。
現在,對于InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG熒光粉的化學組成和調節(jié)熒光粉層的厚度,
可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。
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