LED工藝技術(shù)介紹與應(yīng)用(圖)
上傳人:admin 上傳時(shí)間: 2007-07-12 瀏覽次數(shù): 270 |
在最近幾年,LED 的技術(shù)取得重大進(jìn)展,并因其價(jià)格和結(jié)構(gòu)方面的廣闊發(fā)展空間,使得它能夠向傳統(tǒng)的光源發(fā)起挑戰(zhàn),因此也成為照明行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。鑒于 LED 工藝技術(shù)與傳統(tǒng)的制燈工藝技術(shù)顯著不同,因此本刊根據(jù)國(guó)內(nèi)外的有關(guān)雜志中節(jié)選了有關(guān) LED 工藝技術(shù)的評(píng)論,供有關(guān)同行參考。
一、 LED 工藝技術(shù)的基本介紹
為了制造發(fā)光的 P-n 結(jié)型晶體,采用了Ⅲ—Ⅴ和Ⅱ—Ⅳ層的半導(dǎo)體材料,該材料是由培育層、窗口、內(nèi)反射器等組合。晶體為零級(jí)水平的產(chǎn)品,“封裝”的晶體、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、反射器、熱拆卸裝置、密封件等稱(chēng)為發(fā)光等或一級(jí)水平產(chǎn)品。
在簡(jiǎn)化的模式中,光發(fā)生在晶體內(nèi)向 P-n結(jié)過(guò)渡時(shí),此過(guò)程的效能稱(chēng)為內(nèi)量子效率。它由材料的質(zhì)量(雜質(zhì)、缺陷等)所決定,而且還由結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)層決定。材料系統(tǒng)的特性決定于波長(zhǎng)(顏色),但是,并非產(chǎn)生在晶體內(nèi)的光全部發(fā)射到外部,這取決于晶體的光學(xué)特性(折射系數(shù)、內(nèi)部吸收、幾何尺寸)。從晶體及其周?chē)木w組發(fā)出的光稱(chēng)為出射效率??傂适莾?nèi)部量子效率與出射效率的乘積。
1995 年前,LED 工藝技術(shù)的定位在于信號(hào)裝置中的應(yīng)用,其主要參數(shù)為亮度。1995 年后,不但對(duì)光效,還對(duì)光通量給予更大的關(guān)注。因此,有必要對(duì) LED 的這些參數(shù)與光源類(lèi)似的參數(shù)進(jìn)行比較。首先 LED 發(fā)出的光與傳統(tǒng)光源不同的是有很強(qiáng)的方向性。為了得到對(duì)照值,傳統(tǒng)光源需要輔助光學(xué)器材,從而說(shuō)明了有附加損耗。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)效率有關(guān)的有效光通量為燈光通量的50%--75%。其次,LED 的多數(shù)參數(shù)與 5 ㎜直徑的裝置有關(guān)。LED 通常在晶體內(nèi)的尺寸約為 0。1 ㎜,并按 20mA 計(jì)算。
光效為15lm/w 的5 ㎜的 LED 的光通量約為 1lm。對(duì)于這樣的電流和光通量不需要太嚴(yán)格的熱條件。對(duì)于照明來(lái)說(shuō),通常需要幾百到幾千個(gè) 5 ㎜的 LED 來(lái)代替常用的光源。因此,LED 燈具應(yīng)是一個(gè)集合的裝置,它包含有大量的單個(gè) LED,該 LED 具有適當(dāng)?shù)碾姎?、絕熱和機(jī)械參數(shù),達(dá)到二級(jí)水平產(chǎn)品。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的 5 ㎜LED 時(shí),二級(jí)水平產(chǎn)品的尺寸變得極大,而且與費(fèi)用無(wú)關(guān)。因此,為使照明中采用 LED,所需的工藝技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 5 ㎜輻射器有本質(zhì)區(qū)別。
為使二級(jí)水平產(chǎn)品的尺寸和價(jià)格保持在可接受的框架內(nèi),照明中的二極管的數(shù)量必須減少,而單個(gè) LED 發(fā)出的光應(yīng)增長(zhǎng) 10—100 倍。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),需要增大晶體的尺寸和輸出電流值。這樣強(qiáng)大的 LED 在1997 年首次由 HP 公司推出。從本質(zhì)上看,LED 與傳統(tǒng)光源的基本區(qū)別是:LED(二級(jí)水平)具有光強(qiáng)分布曲線的性能和具有在常用燈具中燈與光學(xué)器件組合情況下的光通量。
二、 LED 工藝技術(shù)與白光
LED 發(fā)出似是而非的單色光,在帶顏色光照明裝置中,與多數(shù)傳統(tǒng)光源相比較,由于其較高的動(dòng)力效能,認(rèn)為顏色光是較好的。但在用 LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源前,必須確定白光 LED應(yīng)達(dá)到的必要效率水平和質(zhì)量。由于輻射藍(lán)—綠光譜成份的 GaN的 LED 空前進(jìn)展,白光的燈具有遠(yuǎn)大的前景。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)白光 LED:
一種是將單獨(dú)輻射紅、綠、藍(lán)色光的 LED混合(稱(chēng)為 RGB);另一種是將帶熒光粉輻射的 GaN 藍(lán)色輻射組合,它可使藍(lán)色光部分變?yōu)殚L(zhǎng)波輻射,并與剩余的藍(lán)色光結(jié)合而發(fā)出白色光。無(wú)論是第一種或是第二種方法均可獲得含有二種顏色成份的白色光;具有三種顏色成份的可得到高質(zhì)量顏色(Ra 為80—90),為此,利用熒光粉的工藝技術(shù)使用二種不同的成份,還有中間的方案。
RGB 法理論上較為有效,但需要輔助光學(xué)器件,從而導(dǎo)致效率降低和系統(tǒng)價(jià)格的提高。帶熒光粉的問(wèn)題簡(jiǎn)單,它與熒光粉效率有關(guān),它可變成一種 RGB 系列。但是,這兩種工藝技術(shù)間的主要區(qū)別在于,RGB 法可以“混合顏色”,此時(shí)的熒光粉是有穩(wěn)定性能。與熒光粉不同,RGB 法在照明領(lǐng)域開(kāi)辟了新的可能性。從白光 LED 光效增長(zhǎng)前景來(lái)看,LED 采用熒光粉,在接近 2005年可達(dá)到良好的結(jié)果,光效為 50lm/w,可以預(yù)測(cè),白光 LED可用于今天使用燈泡和鹵鎢燈的場(chǎng)所。
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