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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(chē)信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年,我國(guó)開(kāi)始在汽車(chē)上安裝高位剎車(chē)燈,由于LED響應(yīng)速度快(納秒級(jí)),可以及早讓尾隨車(chē)輛的司機(jī)知道行駛狀況,減少汽車(chē)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。
白光LED
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)出黃色光發(fā)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。
表一列出了目前白色LED的種類(lèi)及其發(fā)光原理。從表中也可以看出某些種類(lèi)的白色LED光源離不開(kāi)四種熒光粉:即三基色稀土紅、綠、藍(lán)粉和石榴石結(jié)構(gòu)的黃色粉,在未來(lái)較被看好的是三波長(zhǎng)光,即以無(wú)機(jī)紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉,用于封裝LED白光,預(yù)計(jì)三波長(zhǎng)白光LED有商品化的機(jī)機(jī)會(huì)。但此處三基色熒光粉的粒度要求比較小,穩(wěn)定性要求也高,具體應(yīng)用方面還在探索之中。
目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍(lán)光單晶片加上YAG黃色熒光粉,其最好的發(fā)光效率約為25流明/瓦, YAG多為日本日亞公司的進(jìn)口,價(jià)格在2000元/公斤;第二種是日本住友電工亦開(kāi)發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED,不過(guò)發(fā)光效率較差。
通過(guò)近幾年來(lái)的快速發(fā)展,白光LED從1999年的15lm/W,到2001年的25lm/W,再到2005年的60lm/W,自從2006年日本的日亞公司向市場(chǎng)提供100lm/W的白光LED,至今超過(guò)100lm/W的白光LED僅Cree公司就已經(jīng)出貨百萬(wàn)以上。
最近幾年,白光LED的研發(fā)成果:2008年9月Philips Lumileds與Osram Opto Semiconductors各發(fā)表了140.1 lm/W與136 lm/W且各產(chǎn)生138 lm與155 lm(lumen,流明),他們均使用1mm大小的芯片并驅(qū)動(dòng)于350mA下;美國(guó)LED大廠Cree公司宣布,其白光發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)每瓦161lm/W.可見(jiàn),白光LED在高發(fā)光效率,高照明方面有著誘人的前景。