白光ＬＥＤ和照明新光源
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上個世紀(jì)６０年代，科技工作者利用半導(dǎo)體ＰＮ結(jié)發(fā)光的原理，研制成了ＬＥＤ發(fā)光二極管。當(dāng)時研制的ＬＥＤ，所用的材料是ＧａＡＳＰ，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近３０年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的ＬＥＤ，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。然而照明需用的白色光ＬＥＤ僅在近年才發(fā)展起來，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光ＬＥＤ。
１．可見光的光譜和ＬＥＤ白光的關(guān)系。眾所周之，可見光光譜的波長范圍為３８０ｎｍ～７６０ｎｍ，是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如ＬＥＤ發(fā)的紅光的峰值波長為５６５ｎｍ。在可見光的光譜中是沒有白色光的，因為白光不是單色光，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機中的白色光也是由三基色黃、綠、藍合成。由此可見，要使ＬＥＤ發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的ＬＥＤ，在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對可見光的研究，人眼睛所能見的白光，至少需兩種光的混合，即二波長發(fā)光（藍色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍色光＋綠色光＋紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍色光，所以攝取藍色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大ＬＥＤ制造公司追逐的“藍光技術(shù)”。目前國際上掌握“藍光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，所以白光ＬＥＤ的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光ＬＥＤ在我國的推廣還有一個過程。
２．白光ＬＥＤ的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。對于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光ＬＥＤ通常采用兩種方法形成，第一種是利用“藍光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。第一種方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖１所示，圖中ＬＥＤＧａＭ芯片發(fā)藍光（λｐ＝４６５ｎｍ），它和ＹＡＧ（釔鋁石榴石）熒光粉封裝在一起，當(dāng)熒光粉受藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光，結(jié)果，藍光和黃光混合形成白光（構(gòu)成ＬＥＤ的結(jié)構(gòu)如圖２所示）。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起，通過各色光混合而產(chǎn)生白光。
３．白光LED照明新光源的應(yīng)用前景。為了說明白光ＬＥＤ的特點，先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為１２～２４流明／瓦；熒光燈和ＨＩＤ燈的光效為５０～１２０流明／瓦。對白光ＬＥＤ：在１９９８年，白光ＬＥＤ的光效只有５流明／瓦，到了１９９９年已達到１５流明／瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在２０００年時，白光ＬＥＤ的光效已達２５流明／瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測，到２００５年，ＬＥＤ的光效可達５０流明／瓦，到２０１５年時，ＬＥＤ的光效可望達到１５０～２００流明／瓦。那時的白光ＬＥＤ的工作電流便可達安培級。由此可見開發(fā)白光ＬＥＤ作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護工作量大，但若用白光ＬＥＤ作照明，不僅光效高，而且壽命長（連續(xù)工作時間１００００小時以上），幾乎無需維護。目前，德國Ｈｅｌｌａ公司利用白光ＬＥＤ開發(fā)了飛機閱讀燈；澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光ＬＥＤ作路燈照明；我國的城市交通管理燈也正用白光ＬＥＤ取代早期的交通秩序指示燈?？梢灶A(yù)見不久的將來，白光ＬＥＤ定會進入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
１．可見光的光譜和ＬＥＤ白光的關(guān)系。眾所周之，可見光光譜的波長范圍為３８０ｎｍ～７６０ｎｍ，是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如ＬＥＤ發(fā)的紅光的峰值波長為５６５ｎｍ。在可見光的光譜中是沒有白色光的，因為白光不是單色光，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機中的白色光也是由三基色黃、綠、藍合成。由此可見，要使ＬＥＤ發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的ＬＥＤ，在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對可見光的研究，人眼睛所能見的白光，至少需兩種光的混合，即二波長發(fā)光（藍色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍色光＋綠色光＋紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍色光，所以攝取藍色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大ＬＥＤ制造公司追逐的“藍光技術(shù)”。目前國際上掌握“藍光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，所以白光ＬＥＤ的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光ＬＥＤ在我國的推廣還有一個過程。
２．白光ＬＥＤ的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。對于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光ＬＥＤ通常采用兩種方法形成，第一種是利用“藍光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。第一種方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖１所示，圖中ＬＥＤＧａＭ芯片發(fā)藍光（λｐ＝４６５ｎｍ），它和ＹＡＧ（釔鋁石榴石）熒光粉封裝在一起，當(dāng)熒光粉受藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光，結(jié)果，藍光和黃光混合形成白光（構(gòu)成ＬＥＤ的結(jié)構(gòu)如圖２所示）。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起，通過各色光混合而產(chǎn)生白光。
３．白光LED照明新光源的應(yīng)用前景。為了說明白光ＬＥＤ的特點，先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為１２～２４流明／瓦；熒光燈和ＨＩＤ燈的光效為５０～１２０流明／瓦。對白光ＬＥＤ：在１９９８年，白光ＬＥＤ的光效只有５流明／瓦，到了１９９９年已達到１５流明／瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在２０００年時，白光ＬＥＤ的光效已達２５流明／瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測，到２００５年，ＬＥＤ的光效可達５０流明／瓦，到２０１５年時，ＬＥＤ的光效可望達到１５０～２００流明／瓦。那時的白光ＬＥＤ的工作電流便可達安培級。由此可見開發(fā)白光ＬＥＤ作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護工作量大，但若用白光ＬＥＤ作照明，不僅光效高，而且壽命長（連續(xù)工作時間１００００小時以上），幾乎無需維護。目前，德國Ｈｅｌｌａ公司利用白光ＬＥＤ開發(fā)了飛機閱讀燈；澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光ＬＥＤ作路燈照明；我國的城市交通管理燈也正用白光ＬＥＤ取代早期的交通秩序指示燈?？梢灶A(yù)見不久的將來，白光ＬＥＤ定會進入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
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