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淺談超高亮度LED及運用-弘杰五金建材

發表時間:2019-10-14 17:32
文章附圖

  1970年代最早的GaP、GaAsP同質結紅、黃、綠色低發光功率的LED已開端運用于指示燈、數字和文字顯現。從此LED開端進入多種運用領域,包含宇航、飛機、轎車、工業運用、通訊、消費類產品等,廣泛國民經濟各部門和千家萬戶。到1996年LED在全世界的銷售額已到達幾十億美元。雖然多年以來LED一向遭到色彩和發光功率的約束,但因為GaP和GaAsPLED具有長壽數、高可靠性,作業電流小、可與TTL、CMOS數字電路兼容等許多長處因而卻一向遭到運用者的青瞇。

  最近十年,高亮度化、全色化一向是LED資料和器材工藝技能研究的前沿課題。超高亮度(UHB)是指發光強度到達或超越100mcd的LED,又稱坎德拉(cd)級LED。高亮度A1GaInP和InGaNLED的研發開展十分迅速,現已到達慣例資料GaA1As、GaAsP、GaP不可能到達的功能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研發成InGaA1P620nm橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p590nm黃色超高亮度LED實用化。同年,東芝公司研發InGaA1P573nm黃綠色超高亮度LED,法向光強達2cd。1994年日本日亞公司研發成InGaN450nm藍(綠)色超高亮度LED。至此,五顏六色顯現所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種色彩的LED都到達了坎德拉級的發光強度,完成了超高亮度化、全色化,使發光管的野外全色顯現成為實際。我國開展LED起步于七十年代,工業呈現于八十年代。全國約有100多家企業,95%的廠家都從過后道封裝出產,所需管芯簡直全部從國外進口。經過幾個“五年計劃”的技能改造、技能攻關、引入國外先進設備和部分關鍵技能,使我國LED的出產技能已向前跨進了一步。

  一、超高亮度LED的功能:

  超高亮度紅A1GaAsLED與GaAsP-GaPLED比較,具有更高的發光功率,通明襯低(TS)A1GaAsLED(640nm)的流明功率已挨近10lm/w,比赤色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED供給的色彩與GaAsP-GaPLED相同包含:綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm深紅(640nm)。通明襯底A1GaInPLED發光功率與其它LED結構及白熾光源的比較,InGaAlPLED吸收襯底(AS)的流明功率為101m/w,通明襯底(TS)為201m/w,在590-626nm的波長規模內比GaAsP-GaPLED的流明功率要高10-20倍;在560-570的波長規模內則比GaAsP-GaPLED高出2-4倍。超高亮度InGaNLED供給了蘭色光和綠色光,其波長規模蘭色為450-480nm,蘭綠色為500nm,綠色為520nm;其流明功率為3-151m/w。超高亮度LED現在的流明功率已超越了帶濾光片的白熾燈,可以替代功率1w以內的白熾燈,并且用LED陣列可以替代功率150w以內的白熾燈。關于許多運用,白熾燈都是選用濾光片來得到赤色、橙色、綠色和蘭色,而用超高亮度LED則可得到相同的色彩。近年AlGaInP資料和InGaN資料制作的超高亮度LED將多個(紅、蘭、綠)超高亮度LED芯片組合在一起,不用濾光片也能得到各種色彩。包含紅、橙、黃、綠、藍,現在其發光功率均已超越白熾燈,正向熒光燈挨近。發光亮度已高于1000mcd,可滿意室外全天候、全色顯現的需求,用LED五顏六色大屏幕可以體現天空和海洋,完成三維動畫。新一代紅、綠、藍超高亮度LED到達了史無前例的功能。

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  二、超高亮度LED的運用:

  轎車信號指示:轎車指示燈在車的外部首要是方向燈、尾燈和剎車燈;在車的內部首要是各種外表的照明和顯現。超高亮度LED用于轎車指示燈與傳統的白熾燈比較具有許多長處,在轎車工業中有著廣泛的商場。LED可以飽嘗較強的機械沖擊和轟動。均勻作業壽數MTBF比白熾燈泡高出幾個量級,遠遠高出轎車自身的作業壽數,因而LED剎車燈可封裝成一個全體,而不用考慮修理。通明襯底Al.GaAs和AlInGaPLED與帶有濾光片的白熾燈泡比較具有適當高的流明功率,這樣LED剎車燈和方向燈就可以在較低的驅動電流下作業,典型的驅動電流只要白熾燈的1/4,然后下降了轎車用于行進間隔。較低的電功率還可下降轎車內部線路體系的體積和分量,一起還可減小集成化的LED信號燈的內部溫升,答應透鏡和外罩運用耐溫功能較低的塑料。LED剎車燈的呼應時刻為100ns,比白熾燈的呼應時刻短,這樣便給司機留下了更多的反應時刻,然后提高了行車的安全確保。轎車的外部指示燈的照度及色彩均有明確規則。轎車的內部照顯著現雖不像外部信號燈那樣遭到政府有關部門的操控,但轎車的制作者對LED的色彩及照度有要求。GaPLED早已用于車內,超高亮度AlGaInP和InGaNLED因為在色彩和照度上可滿意制作者的要求,因而將更多的替代車內白熾燈。從價格上看,雖然LED燈與白熾燈比較仍是較貴的,但從整個體系來看,二者的價格并沒有顯著的不同。跟著超高亮度TSAlGaAs和AlGaInPLED實用化的開展,最近幾年價格一向在不斷下降,往后下降的起伏還會更大。

  交通訊號指示:用超高亮度LED替代白熾燈,用于交通訊號燈、警示燈、標志燈現已廣泛世界各地,商場寬廣,需求量增加很快。依據美國交通部門1994年的核算,美國裝置交通訊號燈的十字路口有26萬個,每個十字路口至少要有12個赤色、黃色、藍綠色信號燈。許多十字路口還有一些附加的改變標志和跨過馬路的人行橫道警示燈。這樣,每個十字路口可有20信號燈,并且要一起發光。由此可推算出美國全國約有1.35億個交通訊號燈。現在選用超高亮度LED替代傳統的白熾的燈下降電力損耗已獲得顯著作用。日本每年在交通訊號燈上的耗電量約為100萬千瓦,選用超高亮度LED替代白熾燈后,其耗電量僅為本來的12%。

  交通訊號燈每個國家的主管部門都要擬定相應的標準,規則信號的色彩、最低的照明強度,光束空間散布的圖樣以及對裝置環境的要求等。雖然這些要求是按白熾燈編寫的,但對現在選用的超高亮度LED交通訊號燈基本上是適用的。LED交通訊號燈與白熾燈比較,作業壽數較長,一般可到達10年,考慮到野外惡劣環境的影響,估計壽數要削減到5-6年。現在超高亮度AlGaInP紅、橙、黃色LED已完成工業化,價格也比較廉價,若用赤色超高亮度LED組成的模塊替代傳統的赤色白熾交通訊號燈頭則可將因赤色白熾燈忽然失效給安全形成的影響低到最低程度。一般LED交通訊號模塊由若干組串聯的LED單燈組成,以12英寸的赤色LED交通訊號模塊為例,在3-9組串聯的LED單燈,每組串聯的LED單燈數為70-75個(總數為210-675LED單燈),當有一個LED單燈失效時,只會影響一組信號,其他各組減小到本來的2/3(67%)或8/9(89%),并不會像白熾燈那樣使整個信號燈頭失效。

  LED交通訊號模塊的首要問題是造介依然顯得高些,以12英寸的TS-AlGaAs赤色LED交通訊號模塊為例,最早運用于1994年,其造價為350$,而到1996年功能更好的12英的AlGaInPLED交通訊號模塊,造價則為200$。

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  估計往后不會好久,InGaN藍綠色LED交通訊號模塊的價格將可與AlGaInP比較。白熾交通訊號燈頭的造價雖低,但耗電量大,一個直徑12英寸的白熾交通訊號燈頭的耗電量為150W,橫過馬路人行道的交通警示燈的耗電量為67W,據核算,每個十字路口的白熾信號燈每年的耗電量為18133KWh,折合每年電費為1450$;但是LED交通訊號模塊則十分省電,每個8-12英寸的赤色LED交通訊號模塊耗電量分別為15W和20W,十字路口拐彎處的LED標志可用箭頭開關顯現,耗電量僅有9w,據核算,每個十字路口每年可省電9916KWh,適當每年節約電費793$。按每個LED交通訊號模塊的均勻造價200$計,赤色LED交通訊號模塊僅用其節約的電費,3年后即可回收開端的本錢造價,并開端不斷得到經濟報答。因而現在運用AlGaInPLED交通訊息模塊,雖然造價顯得地,但從長看,仍是合算的。

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