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发光二极体和半导体照明的研究

发布时间:2020-07-21 17:20:51 阅读: 来源:盆景厂家

发光二极体和半导体照明的研究

摘 要:针对近年来国内外非常重视照明用发光二极体(LED)的研制与开发,简要介绍了发光二极体的发展现状及其特点,并讨论了研发照明用LED所需要解决的一些技术关键问题,指出这类照明系统将获得广泛应用。

发光二极体发展现状发光二极体通常也叫光发射二极体(LightEmitting Diode,简写为LED)是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件,属於固态光源。LED在20世纪60年代初期问世,当时的LED以红色为主,发光效率很低,光通量很小,只能作指示灯和仪表显示器使用。随着管芯材料、结构和封装技术的不断进步,LED颜色品种增多,光效大幅度提高,目前的红色LED光效已可以到100lm/W,绿色LED也可达到 50lm/W,单个LED的光通量可达到几十流明。尤其是近年来高光效、高亮度的白光LED的开发成功,使得LED在照明领域的应用成为可能。自爱迪生发明白炽灯以来的100多年中,电光源照明经历了三个重要发展阶段,这三个阶段中的代表性光源分别为白炽灯、萤光灯和高强度气体放电灯。现在人们普遍认为 LED将可望发展成第四代光源,即半导体照明。

半导体发光二极体的特点LED是半导体器件通过PN结实现电光转换。其特点为:

1.1 节能、不引起环境污染LED的能耗较小,随着技术的进步,将成为一种新型的节能照明光源。目前白光LED的光效已经达到25lm/W,超过了普通白炽灯的水平,且有人按现在 LED的技术发展速度预测,到2005年,白光LED的光效可以达到50lm/W,而到2010-2015年,白光LED的光效有可能达到 150~200lm/W,远远超过了现在所有照明光源的光效。此外,现在广泛使用的萤光灯、汞灯等光源中含有危害人体健康的汞,这些光源的生产过程和废弃的灯管都会造成对环境的污染。LED则没有这些问题,是一种"清洁"的光源。

1.2 寿命长一般来讲,普通白炽灯的寿命约为1000h,萤光灯、金属卤化物灯的寿命也不超过1万h,而LED的使用寿命可长达数万h。

1.3 结构牢固LED是用环氧树脂封装的固态光源,其结构中没有玻璃泡、灯丝等易损坏的部件,是一种全固体结构,因此能够经受得住震动、冲击而不致引起损坏。

除此之外,LED作为照明用光源还有一些难能可贵的优点,例如:发光体接近点光源,便於灯具设计;发光回应时间短;易於做成薄型灯具,节省安装空间等等。

综上所述,LED是一种符合绿色照明要求的光源。所谓"绿色照明"的概念就是指通过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品 (电光源、灯用电器附件、灯具、配线材料,以及调光控制设备和控光器件),改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量,从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

2 研发照明用LED的技术关键LED照明目前还只能用於一些特殊场合。广泛使用的照明光源应该是白光LED,而目前国内外已研制成的白光LED光效还不够高,功率也不够大,价格较贵。如果要求全面取代目前普遍使用的白炽灯或萤光灯,尚有一些技术上的难题需研究解决。

(1)首先是发光效率问题。提高LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与LED晶片的结构和制造工艺。由於这部分工作需要扎实的理论研究基础和先进的半导体工艺设备,开展这方面研究工作不太容易。

(2)高功率问题。作为照明,单个LED输出的光通量必须足够大,欲加大LED的光通量,首先必须注入足够的电功率。但LED晶片的温升不能过高,否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。显然,设计较大输入功率的LED器件和灯具,除需用面积较大的晶片外,还必须有良好的散热结构。现在国外一些着名公司已设计研制了一些特殊的LED器件结构,并已获得了较好的效果。

(3)由於通常的LED发出的光相对集中於一个较小的立体角范围内,一般灯具中的反射器就

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