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发光二极管LED

时间:2012-11-08来源:shixinhua.com石鑫华视觉网 作者:石鑫华 点击: 999999次

发光二极管LED

发光二极管LED概述

发光二极管 (英语:Light-Emitting Diode,简称LED)是一种能发光的半导体电子元件。是一种透过三价与五价元素所组成的复合光源
发光二极管LED
发光二极管LED
这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,被hp买断专利后当作指示灯利用。之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等,伴随着白光发光二极管的出现,近年续渐发展至被用作照明——民用照明、公共照明、工业机器视觉照明等。
LED只能往一个方向导通(通电),叫做正向偏置(正向偏压),当电流流过时,电子与电洞在其内重合而发出单色光,这叫电致发光效应,而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体物料种类与故意渗入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率近年有所进步;每千流明成本,也因为大量的资金投入使价格下降,但成本仍远高于其他的传统照明。在技术上,LED在光电转换效率仍比新型的T5荧光灯低。虽然如此,近年仍然越来越多被用在照明用途上。
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发光二极管LED的发展历史

1961年,美国德州仪器(Texas Intruments)的Robert Biard与Gary Pittman首次发现了砷化镓(GaAs)及其他半导体合金的红外放射作用。1962年,通用电气公司的尼克·何伦亚克(Nick Holonyak Jr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。
1993年,日本日亚化学工业(Nichia Corporation)工作的中村修二(Shuji Nakamura)成功把氮渗入,造出了基于宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)和铟氮化镓(InGaN)、具有商业应用价值的蓝光LED。
有了蓝光LED后,白光LED也导随即面世,之后LED便朝增加光度的方向发展,当时一般的LED工作功率都小于30至60mW(毫瓦)。1999年输入功率达1W(瓦)的LED商品化。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题,而半导体芯片都是被固定在金属片上,以助散热。
2002年,在市场上开始有5W的LED的出现 ,而其效率大约是每W18至22流明。
2003年9月,Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED,在20mW下效率达35%。他们亦制造了一款达65 lm/W(流明每瓦)的白光LED商品,这是当时市场上最亮的白光LED。2005年他们展示了一款白光LED原型,在350mW下,创下了每瓦70 lm 的记录性效率。
2009年2月,日本LED厂商日亚化工(Nichia)发表了效率高达249 lm/W的LED,此仍实验室数据。
2010年2月、Philips Lumileds 造一白色LED在受控的实验室环境内,以标准测试条件及以350mA电流推动下得出208lm/W,但由于该公司无透露当时的偏压电压,所未能得知其功率。
2012年4月、美国LED大厂科锐(Cree)推出254 lm/W光效再度刷新功率。
OLED的工作效率比起一般的LED低得多,最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多,例如可以用简单的印制方法将特大的OLED阵列安放在屏幕上,用以制造彩色显示幕。

LED的优点

  • 在低光度下能量转换效率高(电能转换成光能的效率) - 也即较省电,非常适合在低光度(如手提电话的背光、夜灯)需求中使用。但当提高光度至如台头灯般或更高时,LED的效率比钨丝灯泡高,但比荧光灯(俗称光管或日光灯管)差:IEEE(电气电子工程师学会)的刊物IEEE Spectrum曾有文章证实这一点。
  • 反应时间短(以ns为单位) - 可以达到很高的闪烁频率。
  • 使用寿命长 - 且不因连续闪烁而影响其寿命。
  • 在安全的操作环境下可达到10万小时的寿命,即便是在50度以上的高温,使用寿命还有约4万小时。(荧光灯T8为8000小时.T5为20000小时,白炽灯为1,000 ~ 2,000小时)。
  • 耐震荡等机械冲击 - 由于是固态元件,没有灯丝、玻璃罩等,相对荧光灯、白炽灯等能承受更大震荡。
  • 体积小 - 其本身体积可以造得非常细小(小于2mm)。
  • 便于聚焦 - 因发光体积细小,而易于以透镜等方式达致所需集散程度,藉改变其封装外形,其发光角度由大角度散射至细角度聚焦都可以达成。
  • 单色性强 - 由于是单一能级光出的光子,波长比较单一(相对大部份人工光源而言),能在不加滤光器下提供多种单纯的颜色。
  • 色域略为广阔 - 部份白色LED覆盖色域较其他白色光源广。

LED缺点

  • 旧式LED高光度下效率较低,在一般照明用途上仍比荧光灯耗电,有些LED灯甚至比省电灯泡耗电。有些设计使用多枚LED,在保持整体光度下让每枚LED可以工作在较低光度,从而增加效率,但使成本大为提高,售价亦较其他类型灯泡较高。(目前市面上已达90lm/W)
  • 效率受高温影响而急剧下降,浪费电力之余也产生更多热,令温度进一步上升,形成恶性循环。除浪费电力也缩短寿命,因此需要良好散热。
  • LED光度并非与电流成线性关系,光度调节略为复杂。
  • 成本较高,售价较高。
  • 因LED为光源面积小、分布较集中,作照明用途时会刺眼,须运用光学设计分散光源。
  • 演色性仍待加强。(传统灯泡、卤素灯演色性极佳,而荧光灯管容易找到高演色性的产品;演色性低的光源照明不但会有颜色不正常的感觉,对视力及健康也有害)
  • 每枚LED因生产技术问题都会在特性(亮度、颜色、偏压…等)上有一定差异,即使是同一批次的LED差异也不少。
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