紅色、綠色發(fā)光二極管在上世紀(jì)中葉已經(jīng)問(wèn)世，但要把發(fā)光二極管用于照明，必須發(fā)明藍(lán)色發(fā)光二極管，因?yàn)橛辛思t、綠、藍(lán)三原色后，才能產(chǎn)生照亮世界的白色光源。藍(lán)色發(fā)光二極管的制備技術(shù)困擾了人類30多年。

上世紀(jì)80年代，在日本名古屋大學(xué)工作的赤崎勇和天野浩選擇氮化鎵材料，向藍(lán)色發(fā)光二極管這個(gè)世界難題發(fā)起挑戰(zhàn)。1986年，兩人首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體;1989年首次研發(fā)成功藍(lán)光LED。

從1988年起，當(dāng)時(shí)在日亞化學(xué)公司工作的中村修二也開始研發(fā)藍(lán)光二極管。與兩位日本同行一樣，他選擇的也是氮化鎵材料，但在技術(shù)路線上并不相同。上世紀(jì)90年代初，中村修二也研制出了藍(lán)色發(fā)光二極管。與名古屋大學(xué)團(tuán)隊(duì)相比，他發(fā)明的技術(shù)更簡(jiǎn)單，成本也更低。

至此，將LED用于照明的最大技術(shù)障礙已被掃除，被譽(yù)為“人類歷史上第四代照明”的LED燈呼之欲出。

按照諾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)的說(shuō)法，這項(xiàng)只有“20歲”的“年輕”發(fā)明之所以獲獎(jiǎng)，是因?yàn)檫@種用全新方式創(chuàng)造的白色光源已經(jīng)“讓我們所有人受益”?！八麄兊陌l(fā)明具有革命性，”聲明說(shuō)，“白熾燈點(diǎn)亮了20世紀(jì)，21世紀(jì)將由LED燈點(diǎn)亮。”

與白熾燈、熒光燈相比，LED能耗更低，壽命更長(zhǎng)，

藍(lán)色發(fā)光二極管

而且可實(shí)現(xiàn)智能化操控，是節(jié)能環(huán)保的“綠色照明”。因此進(jìn)入市場(chǎng)后，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。國(guó)家半導(dǎo)體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心經(jīng)理?xiàng)顫嵪杞榻B，我國(guó)2010年的LED產(chǎn)值是700多億元;　而到了2013年，全年產(chǎn)值猛增到5000多億元。家庭、辦公、道路等各種場(chǎng)所的照明以及絢爛的景觀燈光，這些市場(chǎng)“主力軍”如今都是LED?！扒皫啄暾劦絃ED，我們需要對(duì)公眾進(jìn)行科普，現(xiàn)在家里裝修，老百姓都會(huì)考慮買這種比傳統(tǒng)節(jié)能燈更節(jié)能的燈具?！盵1]

單色光LED的應(yīng)用

最初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。

汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國(guó)開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)速度快(納秒級(jí))，可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)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(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。

藍(lán)色發(fā)光二極管測(cè)量

一般檢測(cè)

普通發(fā)光二極管的檢測(cè)

(1)用萬(wàn)用表檢測(cè)。利用具有×10kΩ擋的指針式萬(wàn)用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或?yàn)椤?，反向電阻值很小或?yàn)?，則易損壞。這種檢測(cè)方法，不能實(shí)質(zhì)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)椤?0kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。

如果有兩塊指針萬(wàn)用表(最好同型號(hào))可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬(wàn)用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測(cè)發(fā)光管的正極(P區(qū))，余下的“+”筆接被測(cè)發(fā)光管的負(fù)極(N區(qū))。兩塊萬(wàn)用表均置×10kΩ擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬(wàn)用表均撥至×1mΩ若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說(shuō)明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開始測(cè)量就將兩塊萬(wàn)用表置于×1mΩ，以免電流過(guò)大，損壞發(fā)光二極管。

(2)外接電源測(cè)量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬(wàn)用表(指針式或數(shù)字式皆可)可以較準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測(cè)得VF在1.4～3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說(shuō)明發(fā)光正常。如果測(cè)得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說(shuō)明發(fā)光管已壞。

紅外發(fā)光二極管的檢測(cè)

由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射1～3μm的紅外光，肉眼無(wú)法看到到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW，不同型號(hào)的紅外LED發(fā)光強(qiáng)度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3～2.5V。正由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測(cè)法只能判定其PN結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無(wú)法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準(zhǔn)備一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光電池)作接收器。用萬(wàn)用表測(cè)光電池兩端電壓的變化情況。來(lái)判斷紅外LED加上適當(dāng)正向電流后是否發(fā)射紅外光。

光強(qiáng)度

把光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈，LED和配有V(λ)濾光片的硅光電二極管安裝和調(diào)試在光具座上，特別是嚴(yán)格地調(diào)燈絲位置，LED發(fā)光部位及接受面位置。

先用光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn)硅光電二極管，C=E/S

式中Rs=Is/Ds

Ds是標(biāo)準(zhǔn)燈與接受器之間的距離，I s是標(biāo)準(zhǔn)燈的光強(qiáng)度，R s是標(biāo)準(zhǔn)燈的響應(yīng)。

Et=C ·R t式中E t是被測(cè)LED的照度，R t是被測(cè)LED的響應(yīng)，則LED的光強(qiáng)度I t為：I t=E t ·Dt

式中Dt 是LED與接受面之距離。

對(duì)于LED來(lái)講，其發(fā)光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測(cè)量距離下，光強(qiáng)值會(huì)變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測(cè)量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強(qiáng)值也會(huì)變化。因此，為了提高測(cè)量精度，應(yīng)該把測(cè)量距離和接受面積大小相對(duì)地給予固定為好。例如，測(cè)量距離按照GIE推薦采用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測(cè)量距離下，LED轉(zhuǎn)角不同，其光強(qiáng)也相應(yīng)地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數(shù)R t為佳。

光通量

光通量測(cè)量在變角光度計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)臺(tái)上安轉(zhuǎn)了LED，該轉(zhuǎn)臺(tái)在其水平面上繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)±90度，LED在垂直面上繞著測(cè)光軸旋轉(zhuǎn)360度。在水平面上和垂直面上的轉(zhuǎn)角的控制是通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)臺(tái)在導(dǎo)軌上隨意移動(dòng)，當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)燈時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)離開導(dǎo)軌。

測(cè)量時(shí)大轉(zhuǎn)盤在水平面上繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)角度為0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋轉(zhuǎn)，在每一個(gè)水平角度下，垂直平面上每隔18°進(jìn)行一次信號(hào)采集，轉(zhuǎn)完360°之后共采集到20個(gè)數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算總光通量。

如果大盤旋轉(zhuǎn)0°～90°時(shí)，小盤轉(zhuǎn)0°～360°即可。但是大盤旋轉(zhuǎn)0°～90°時(shí)，有可能LED安裝不均勻(不對(duì)稱)而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉(zhuǎn)-90°～0°～90°，小盤仍然轉(zhuǎn)0°～360°，把大盤0°～90°和-90°～0°兩個(gè)范圍內(nèi)絕對(duì)值相等的角度上的照度值取平均值來(lái)作為0°～90°內(nèi)的值。

LED總光通量測(cè)量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但測(cè)量精度不高。LED的總光通量計(jì)算方法如下，先計(jì)算離積分球入射窗口(入射窗口面積 A)1 距離上標(biāo)準(zhǔn)燈(光強(qiáng)值 I s)進(jìn)入積分球內(nèi)的光通量Φs，Φs=I s · A /I 2

讀出接收器上的光電流信號(hào)i s，然后把LED置于窗口上，讀出相應(yīng)的接收器光電流信號(hào)it，則LED的總光通量Φ為：

Φt=It/IsΦs·K 式中 K 為色修正系數(shù)。

光譜

發(fā)光二極管的光譜功率分布測(cè)量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對(duì)已測(cè)得的LED的光度量值進(jìn)行修正。

在測(cè)量LED光譜功率分布時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一個(gè)是在與標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度進(jìn)行比較時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜輻強(qiáng)度比LED強(qiáng)得多，為了避免這個(gè)問(wèn)題，最好在標(biāo)準(zhǔn)燈前加一個(gè)中性濾光片，使它的光譜輻強(qiáng)度接近于LED。

LED的光譜寬度很窄，為了準(zhǔn)確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長(zhǎng)寬度的單色儀進(jìn)行測(cè)量，波長(zhǎng)間隔為1nm為好。

按下式計(jì)算LED的光譜功率分布E t。

Etλ=Esλ·Itλ/Isλ

式中 i 是標(biāo)準(zhǔn)燈在波長(zhǎng) i 處的響應(yīng);E 是標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜功率分布;i 是LED在波長(zhǎng)λ處的響應(yīng)。

LED的色坐標(biāo)計(jì)算公式為：

x=∫Etλ·xλdλ

y=∫Etλ·ydλ

z=∫Etλ·ydλ

色坐標(biāo)為：

x=X/(X+Y+Z)

y=Y/(X+Y+Z)

也可計(jì)算LED的主波長(zhǎng)和色純度。

發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦浴Ｋ鼜V泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。

發(fā)光二極管的主要特性表

* cd(坎德拉)發(fā)光強(qiáng)度的單位

藍(lán)色發(fā)光二極管性能要求

1.高可靠性特別像LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)也大。

2.高效率LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。對(duì)于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu)，尤為重要。因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對(duì)延緩LED的光衰有利。

3.高功率因素功率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒(méi)有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點(diǎn)燈，同類負(fù)載太集中，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對(duì)于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動(dòng)電源，據(jù)說(shuō)不久的將來(lái)，也許會(huì)對(duì)功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。

4.驅(qū)動(dòng)方式通行的有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會(huì)略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn)，但靈活性差，還要解決某個(gè)LED故障，不影響其他LED運(yùn)行的問(wèn)題。這兩種形式，在一段時(shí)間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會(huì)較好。也許是以后的主流方向。

5.浪涌保護(hù)LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。

6.保護(hù)功能電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過(guò)高。

7.防護(hù)方面燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。

8.驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。

藍(lán)色發(fā)光二極管原理特點(diǎn)

原理

它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)二極管的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：

R=(E-UF)/IF

式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)

體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)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(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色

白光LED

1993年，當(dāng)時(shí)在日本Nichia Corporation(日亞化工)工作的中村修二(Shuji Nakamura)發(fā)明了基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED，這類LED在1990 年代后期得到廣泛應(yīng)用。理論上藍(lán)光LED結(jié)合原有的紅光LED和綠光LED可產(chǎn)生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來(lái)的。

現(xiàn)時(shí)生產(chǎn)的白光LED大部分是通過(guò)在藍(lán)光LED(near-UV，波長(zhǎng)450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過(guò)把摻了鈰的釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當(dāng)LED芯片發(fā)出藍(lán)光，部分藍(lán)光便會(huì)被這種晶體很高效地轉(zhuǎn)換成一個(gè)光譜較寬(光譜中心約為580nm)的主要為黃色的光。(實(shí)際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)由于黃光會(huì)刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍(lán)光，使它看起來(lái)就像白色光，而其的色澤常被稱作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發(fā)并從1996年開始用在生產(chǎn)白光LED上。若要調(diào)校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式

做到。而基于其光譜的特性，紅色和綠色的對(duì)象在這種LED照射下看起來(lái)會(huì)不及闊譜光源照射時(shí)那么鮮明。另外由于生產(chǎn)條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統(tǒng)一，從暖黃色的到冷的藍(lán)色都有，所以在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)以其出來(lái)的特性作出區(qū)分。

另一個(gè)制作的白光LED的方法則有點(diǎn)像日光燈，發(fā)出近紫外光的LED會(huì)被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發(fā)紅光和藍(lán)光的銪，另一種是發(fā)綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會(huì)使黏合劑中的環(huán)氧樹脂裂化變質(zhì)，所以生產(chǎn)難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產(chǎn)生較多熱(因?yàn)镾tokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產(chǎn)生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來(lái)的亮度卻相若。

最新一種制造白光LED的方法沒(méi)再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長(zhǎng)硒化鋅的磊晶層。通電時(shí)其活躍地帶會(huì)發(fā)出藍(lán)光而基板會(huì)發(fā)黃光，混合起來(lái)便是白色光。

極性

發(fā)光二極管的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。

LED單向?qū)ㄐ?/span>

LED只能往一個(gè)方向?qū)?通電)，叫作正向偏置(正向偏壓)，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長(zhǎng)、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來(lái)已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購(gòu)入價(jià)格上，也因?yàn)橥度胧袌?chǎng)的廠商相互競(jìng)爭(zhēng)的影響，而明顯下降。雖然越來(lái)越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國(guó)家以后發(fā)展民用的去向。

特性

與白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低(有的僅一點(diǎn)幾伏);工作電流很小(有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光);抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng);通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0～9，10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字以及A，B，C，D，E，F(xiàn)等部分字母(必須區(qū)分大小寫)。

參數(shù)

LED的光學(xué)參數(shù)中重要的幾個(gè)方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)分布、波長(zhǎng)。

發(fā)光效率和光通量

發(fā)光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

發(fā)光強(qiáng)度和光強(qiáng)分布

LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來(lái)我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。

波長(zhǎng)

對(duì)于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍(lán)、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因?yàn)樵谠S多場(chǎng)合下，比如交通信號(hào)燈對(duì)顏色就要求比較嚴(yán)格，不過(guò)據(jù)觀察我國(guó)的一些LED信號(hào)燈中綠色發(fā)藍(lán)，紅色的為深紅，從這個(gè)現(xiàn)象來(lái)看我們對(duì)LED的光譜特性進(jìn)行專門研究是非常必要而且很有意義的。

藍(lán)色發(fā)光二極管光源特點(diǎn)

電壓

LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，也有少數(shù)DC36V、DC40V等，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。

效能

消耗能量較同光效的白熾燈減少80%左右，較節(jié)能燈減少40%左右。

適用性

體積很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境

穩(wěn)定性

10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50%

響應(yīng)時(shí)間

其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)

環(huán)境污染

不含有害金屬汞等

顏色

發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍(lán)的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。

價(jià)格

LED的價(jià)格越來(lái)越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來(lái)，人們都會(huì)把白熾燈換成LED燈。我國(guó)部分城市公路、學(xué)校、廠區(qū)等場(chǎng)所已換裝完LED路燈、節(jié)能燈等。

種類發(fā)展

最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λp=650nm)，在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)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(chǎn)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(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。

90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)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(dá)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(dá)到50流明/瓦。

藍(lán)色發(fā)光二極管生產(chǎn)材料

LED五大原物料分別是指：晶片，支架，銀膠，金線，環(huán)氧樹脂

晶片

晶片的構(gòu)成：由金墊，P極，N極，PN結(jié)，背金層構(gòu)成(雙pad晶片無(wú)背金層)。晶片是由P層半導(dǎo)體元素，N層半導(dǎo)體元素靠電子移動(dòng)而重新排列組合成的PN結(jié)合體。也正是這種變化使晶片能夠處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在晶片被一定的電壓施加正向電極時(shí)，正向P區(qū)的空穴則會(huì)源源不斷的游向N區(qū)，N區(qū)的電子則會(huì)相對(duì)于孔穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)。在電子，空穴相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)，電子空穴互相結(jié)對(duì)，激發(fā)出光子，產(chǎn)生光能。主要分類，表面發(fā)光型： 光線大部分從晶片表面發(fā)出。五面發(fā)光型： 表面，側(cè)面都有較多的光線射出按發(fā)光顏色分，紅，橙，黃，黃綠，純綠，標(biāo)準(zhǔn)綠，藍(lán)綠， 藍(lán)。

支架

支架的結(jié)構(gòu)1層是鐵，2層鍍銅(導(dǎo)電性好，散熱快)，3層鍍鎳(防氧化)，4層鍍銀(反光性好，易焊線)

銀膠(因種類較多，我們依H20E為例)

也叫白膠，乳白色，導(dǎo)通粘合作用(烘烤溫度為：100°C/1.5H)銀粉(導(dǎo)電，散熱，固定晶片)+環(huán)氧樹脂(固化銀粉)+稀釋劑(易于攪拌)。儲(chǔ)藏條件：銀膠的制造商一般將銀膠以-40 °C 儲(chǔ)藏，應(yīng)用單位一般將銀膠以-5 °C 儲(chǔ)藏。單劑為25 °C/1年(干燥，通風(fēng)的地方)，混合劑25 °C/72小時(shí)(但在上線作業(yè)時(shí)因其他的因素“溫濕度、通風(fēng)的條件”,為保證產(chǎn)品的質(zhì)量一般的混合劑使用時(shí)間為4小時(shí))

烘烤條件：150 °C/1.5H

攪拌條件：順一個(gè)方向均勻攪拌15分鐘

金線(依φ1.0mil為例)

LED所用到的金線有φ1.0mil、 φ1.2mil，金線的材質(zhì)，LED用金線的材質(zhì)一般含金量為99.9%，金線的用途

利用其含金量高材質(zhì)較軟、易變形且導(dǎo)電性好、散熱性好的特性，讓晶片與支架間形成一閉合電路。

環(huán)氧樹脂(以EP400為例)

組成：A、B兩組劑份:

A膠：是主劑，由環(huán)氧樹脂+消泡劑+耐熱劑+稀釋劑

B劑：是固化劑，由酸酣+離模劑+促進(jìn)劑

使用條件：

混合比：A/B=100/100(重量比)

混合粘度：500-700CPS/30 °C

膠化時(shí)間：120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘

可使用條件：室溫25 °C約6小時(shí)。一般根據(jù)產(chǎn)線的生產(chǎn)需要，我們將它的使用條件定為2小時(shí)。

硬化條件:初期硬化110 °C-140 °C 25 - 40分鐘

后期硬化100 °C*6-10小時(shí)(可視實(shí)際需要做機(jī)動(dòng)性調(diào)整)

藍(lán)色發(fā)光二極管優(yōu)點(diǎn)

一、體積小

LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。

二、電壓低

LED耗電相當(dāng)?shù)?，一般?lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V。只需要極微弱電流即可正常發(fā)光。

三、使用壽命長(zhǎng)

在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。

四、高亮度、低熱量

LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比同等功率普通照明燈具低很多。

五、環(huán)保

LED是由無(wú)毒的材料構(gòu)成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。

藍(lán)色發(fā)光二極管應(yīng)用

在LED于20世紀(jì)60年代問(wèn)世到80年代之前這10多年中，LED只有紅、黃、綠幾種顏色，發(fā)光效率很低(僅約1 lm/W)，亮度比較低，而且價(jià)格高，人們只是將其用作電子產(chǎn)品的指示燈。從LED發(fā)展和應(yīng)用歷程上看，這一時(shí)期為L(zhǎng)ED的指示應(yīng)用階段。

1 交流電源指示燈

。該電路只要連接220V/50Hz的交流供電線路，LED就會(huì)被點(diǎn)亮，指示電源接通。限流電阻R的阻值為220V/IF。

2 交流開關(guān)指示燈

用LED作白熾燈開關(guān)指示燈的電路，當(dāng)開關(guān)斷開燈泡熄滅時(shí)，電流經(jīng)R、LED 和燈泡EL形成回路，LED亮，方便人們?cè)诤诎抵姓业介_關(guān)。此時(shí)曲于回路中的電流很小，燈泡是不會(huì)亮的。當(dāng)接通開關(guān)時(shí)，燈泡被點(diǎn)亮，而LED則熄滅。

3 交流電源插座指示燈

用雙色(共陰極) LED作交流電源插座指示燈的電路。插座的供電由開關(guān)S控制。當(dāng)紅光LED亮?xí)r，插座無(wú)電;當(dāng)綠光LED亮?xí)r，插座有電。

4 保險(xiǎn)管座指示燈

LED用作工廠設(shè)備配電箱保險(xiǎn)管座指示燈的電路。當(dāng)保險(xiǎn)管完好時(shí)，LED不亮;當(dāng)保險(xiǎn)管熔斷時(shí)，LED會(huì)被點(diǎn)亮，以指示用戶是哪一個(gè)熔斷器已被燒斷，以便更換。這對(duì)于用肉眼無(wú)法觀察好壞的瓷芯式熔斷器來(lái)說(shuō)是非常方便的。