2006年12月灯与照明第30卷第4期LED原理及其照明应用王声学,吴广宁,蒋伟,边珊珊,李生林(西南交通大学电气工程学院,成都610031)摘要:LED是21世纪令人瞩目的光源,具有广阔的照明前景。该文首先对LED的发展做了简单的介绍,然后从其基本原理进行分析,说明了LED作为照明光源可行性,最后对LED的市场应用做了说明并做了展望。关键词:LED光源;绿色照明;环保;节能0引言1基本原理纵观人类照明史,先后经历了火光照明、白炽灯发光二极管是由p型和n型半导体组成的二极照明、荧光灯照明。而LED(发光二极管)作为加入管,见图2。在LED的p-n结附近,n型材料中多数照明家族的新成员,目前正处于蓬勃发展阶段。从载流子是电子,p型材料中多数载流子是空穴。p-1962年第一支红色二极管问世,黄色、绿色、橙色、蓝n结上未加电压时构成一定的势垒,当加正向偏压光LED被陆续开发出来。1998年,基于蓝光的LED时,在外电场作用下,p区的空穴和n区的电子就向芯片的成功开发,孕育了新一代的照明革命。对方扩散运动,构成少数载流子的注入,从而在p-n随着国家半导体照明工程的启动,半导体照明结附近产生导带电子和价带空穴的复合,同时释放技术将进一步改变我们的世界。根据Haitz定律(图出相对应的能量h(h为普朗克常数,为光子频率)1),从1968年第一个商用LED开始算,在38年的发而发光。该能量相当于半导体材料的带隙能量Eg展过程中,平均每18至24个月,LED的亮度提升一(Ev),其与发光波长(nm)的关系为=1239.6Eg。倍,用量增加一倍。从1998年开发成功的白光LED因此,只要有理想的半导体材料就可以制成各种光以来,短短的八年时间,发光效率从最初的5lmW色的LED。不断提高,2000年达到了25lmW。前不久,日亚化学工业(Nichia)成功开发出了发光效率为100lmW的白光LED,从其发光效率已经可以与荧光灯和HID灯相媲美。由于白光LED光效的迅速提高,加上其体积小、耐震动、响应速度快、方向性好、寿命长达数万小时、光色接近白炽灯光色、低压驱动、无汞和铅的污染,将发展成为可用来代替白炽灯和荧光灯的主要绿色光源。图2发光二极管原理结构半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光,必须以其他的方式合成白光。表1表示了白光LED的发光原理和类型。目前产生白光的方式有两种:一是用单色光激发荧光粉发出其他颜色的光,最终混合成白光,即单芯片型;二是采用将几种发不同色光的芯片封在一起,构成发白光的LED,即多芯片型。单芯片型结构又可分为三种:(1)将蓝色LEDInGaN芯片与钇铝石榴石(YAG)荧光粉组合成二基图1Haitz定律色白光LED,或由InGaN(蓝光峰值430nm或470nm)与红色(650nm)和绿色(540nm)荧光粉组成三基色322006年12月灯与照明第30卷第4期白光LED;(2)利用蓝色ZnSe为基体制成芯片与衬型,直接将红、绿、蓝三种颜色的LED芯片组成一组,基发出的黄光复合成白光;(3)用InGaNLED发出的实现白光。紫外光激励三基色荧光粉发出白光。而对于多芯片表1白光LED类型及其原理芯片数激发源发光材料发光原理蓝色LEDInGaNYAG用蓝色光激励YAG荧光粉发出黄色光,从而混合成白光蓝色LEDInGaN荧光粉InGaN的蓝光激发红、绿、蓝三基色荧光粉发光1蓝色LEDZnSe由薄膜层发出蓝光和基板上激发的黄光混合成白光紫外LEDInGaN荧光粉InGaN发出紫外光激发红、绿、蓝三基色荧光粉发白光2蓝、黄绿LEDInGaN、GaP将具有补色关系的二种芯片封装在一起,发出白光3蓝、绿、红LEDInGaN、AlInGaP将发三原色的三种芯片封装在一起发出白光多个多种光色的LEDInGaN、AlInGaP、GaPN将遍布可见光区的多种色光芯片封装在一起,构成白色LED第四代新型照明光源具有许多不同于其他电照明光源的可行性,LED2LED光源的特点(表2),这也使其成为节能环保光源的首自1996年国家经贸委等部门组织实施中国绿选。色照明工程!以来,绿色照明的概念深入人心。作为表2LED灯与传统灯性能对比名称耗电量(W)工作电压(V)协调控制发热量可靠性使用寿命(h)钨丝灯15~200220高高低3000节能灯3~150220不宜调光低低5000金属卤素灯100220不易极高低3000霓虹灯500较高高高宜室内3000镁氖灯16Wm220较好较高较好