LED即發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光,其英文為 Light Emitting Diode,習(xí)慣上用英文首字母LED來(lái)表示該器件的名稱。它誕生于20世紀(jì)60年代初,其內(nèi)在特征決定了它是目前最理想的光源,在光電系統(tǒng)中應(yīng)用極為普遍。與其他光源相比,LED具有節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長(zhǎng)、能耗低、發(fā)熱少亮度高、防水、防振、易調(diào)光、光束集中、維護(hù)方便等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
IED的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程。
1907年, Henry Joseph Round第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象,由于其發(fā)出的黃光太暗,不適合實(shí)際應(yīng)用,研究被摒棄了。20世紀(jì)20年代晚期, Bemhard Gudden和Robert Wichard在德國(guó)使用從鋅硫化物與銅中提煉的黃磷發(fā)光,再一次因發(fā)光暗淡而停止。
1936年, George Destiau發(fā)表了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)識(shí),最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。
20世紀(jì)50年代,英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED,并于20世紀(jì)60年代面世。據(jù)說(shuō)在早期的試驗(yàn)中,LED需要放置在液化氮里,更需要進(jìn)一步的操作與突破以便能在室溫下高效率地工作。第一個(gè)商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光,但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域20世紀(jì)60年代末,在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見的紅光LED磷化鎵的改變使得LED更高效,發(fā)出的紅光更亮,甚至產(chǎn)生出橙色的光。
20世紀(jì)70年代中期,磷化鎵被使用作為發(fā)光光源,隨后就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵芯片(一個(gè)紅色,另一個(gè)是綠色),能夠發(fā)出黃色光。就在此時(shí),前蘇聯(lián)科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在20世紀(jì)70年代末它能發(fā)出純綠色的光。
20世紀(jì)80年代早期到中期,對(duì)砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED誕生,先是紅色,接著就是黃色,最后為綠色。到20世紀(jì)90年代早期,采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了橘紅、橙、黃和綠光的LED。
第一個(gè)有歷史意義的藍(lán)光LED也出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代早期,再一次利用的是金剛砂—早期的半導(dǎo)體光源的障礙物。依當(dāng)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去衡量,它與前蘇聯(lián)以前的黃光LED樣光源暗淡。20世紀(jì)90年代中期,出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED,隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光銦氮鎵LED。
藍(lán)光LED的出現(xiàn)使人們能利用倒行轉(zhuǎn)換的磷光材料將較高能量的藍(lán)光部分地轉(zhuǎn)換成其他顏色。將藍(lán)光與轉(zhuǎn)換磷的黃光整合在一起就能得到白光,而整合適當(dāng)數(shù)量的藍(lán)光與紅橙磷則可以產(chǎn)生略帶桃色或紫色的色彩。現(xiàn)在僅用LED光源就能完全覆蓋CIE色度曲線中的所有飽和顏色,并且各種顏色LED與磷的有機(jī)整合幾乎能夠毫無(wú)限制地產(chǎn)生任何顏色。今天在LED市場(chǎng)上就能看到生產(chǎn)出來(lái)的新奇顏色,如淺綠色和粉紅色。
最近開發(fā)的LED不僅能發(fā)射出純紫外光,而且能發(fā)射出真實(shí)的“黑色”紫外光。那么LED發(fā)展到底能走多遠(yuǎn),不得而知。也許某天就能開發(fā)出能發(fā)出X射線的LED。
LED的發(fā)展不單純是它的顏色還有它的亮度,像計(jì)算機(jī)一樣,遵守摩爾定律的發(fā)展。每隔18個(gè)月它的亮度就會(huì)增加一倍。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈、早期的計(jì)算器顯示屏和數(shù)碼手表。而現(xiàn)在LED則開始出現(xiàn)在超亮度的領(lǐng)域,將會(huì)在接下來(lái)的一段時(shí)間繼續(xù)發(fā)展下去。
20世紀(jì)90年代后期,研制出通過(guò)藍(lán)光激發(fā)YAG熒光粉產(chǎn)生白光的LED燈,但色澤不均勻,使用壽命短,價(jià)格高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,近年來(lái)白光LED節(jié)能燈的發(fā)展相當(dāng)迅速,白光LED節(jié)能燈的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到38m/W,實(shí)驗(yàn)室研究成果可以達(dá)到70lm/W,大大超過(guò)白熾燈,向熒光燈逼近。在可靠性方面,LED的半衰期(即光輸出量減少到最初值一半的時(shí)間)大概是1萬(wàn)-10萬(wàn)h。相反,小型指示型白熾燈的半衰期(此處的半衰期指的是有一半數(shù)量的燈失效的時(shí)間)典型值是10萬(wàn)到數(shù)千小時(shí)不等,具體時(shí)間取決于燈的額定工作電流。
三原色(RGB)LED的改進(jìn),顯著改善了白色及彩色LED字幕。紅綠藍(lán)(RGB)LED把紅、綠、藍(lán)三種顏色的芯片封裝在一起,能夠發(fā)出不同顏色的光。以前, RGB LED發(fā)出的混色光非常不穩(wěn)定,而高功率LED驅(qū)動(dòng)器成功解決了這一技術(shù)難題。最近高功率的RCBLED,比如Lumex公司的 AstraleD,使得白色光和彩色光都非常穩(wěn)定、柔和。
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