LED燈珠是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED燈珠的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是發(fā)光二極管發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏0，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。
LED燈珠的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的LED叫LED燈珠。
當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏0的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
最初LED燈珠用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光0的LED燈珠在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅0交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅0濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅0LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。
汽車信號(hào)燈也是LED燈珠光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
對(duì)于一般照明而言，人們更需要白0的光源。1998年白光的LED燈珠開(kāi)發(fā)成功。這種LED燈珠是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光(λp=465nm，Wd=30nm)，高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃0光射，峰值550nm。藍(lán)光LED燈珠基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹(shù)脂薄層，約200-500nm。LED燈珠基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白0LED，通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得0溫3500-10000K的各0白光。這種通過(guò)藍(lán)光LED燈珠得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。
上個(gè)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燈珠。當(dāng)時(shí)研制的LED燈珠，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏0為紅0。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的LED燈珠，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種0光。然而照明需用的白0光LED燈珠僅在近年才發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)在我們一起了解白光LED燈珠：
1. 可見(jiàn)光的光譜和LED燈珠白光的關(guān)系。
眾所周之，可見(jiàn)光光譜的波長(zhǎng)范圍為380nm～760nm，是人眼可感受到的七0光——紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但這七種顏0的光都各自是一種單0光。例如LED燈珠發(fā)的紅光的峰值波長(zhǎng)為565nm。在可見(jiàn)光的光譜中是沒(méi)有白0光的，因?yàn)榘坠獠皇菃?光，而是由多種單0光合成的復(fù)合光，正如太陽(yáng)光是由七種單0光合成的白0光，而彩0電視機(jī)中的白0光也是由三基0紅、綠、藍(lán)合成。由此可見(jiàn)，要使LED燈珠發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個(gè)可見(jiàn)的光譜范圍。但要制造這種性能的LED燈珠，在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對(duì)可見(jiàn)光的研究，人眼睛所能見(jiàn)的白光，至少需兩種光的混合，即二波長(zhǎng)發(fā)光(藍(lán)0光+黃0光)或三波長(zhǎng)發(fā)光(藍(lán)0光+綠0光+紅0光)的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍(lán)0光，所以攝取藍(lán)0光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大LED燈珠制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。
2. 白光LED燈珠的工藝結(jié)構(gòu)和白0光源。
對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光LED燈珠通常采用兩種方法形成，[敏感詞]種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光;第二種是多種單0光混合方法。這兩種方法都能成功產(chǎn)生白光器件。[敏感詞]種方法產(chǎn)生白光的
GaM芯片發(fā)藍(lán)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(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃0光，結(jié)果，藍(lán)光和黃光混合形成白光。第二種方法采用不同0光的芯片封裝在一起，通過(guò)各0光混合而產(chǎn)生白光。
3.白光LED燈珠照明新光源的應(yīng)用前景。
為了說(shuō)明白光LED燈珠的特點(diǎn)，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(duì)白光LED燈珠：在1998年，白光發(fā)光二極管的光效只有5流明/瓦，到了1999年已達(dá)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(shí)，白光LED燈珠的光效已達(dá)25流明/瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測(cè)，到2005年，LED燈珠的光效可達(dá)50流明/瓦，到2015年時(shí)，LED燈珠的光效可望達(dá)到150～200流明/瓦。那時(shí)的白光LED燈珠的工作電流便可達(dá)安培級(jí)。由此可見(jiàn)開(kāi)發(fā)白光LED燈珠作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實(shí)。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價(jià)格便宜，但光效低(燈的熱效應(yīng)白白耗電)，壽命短，維護(hù)工作量大，但若用白光LED燈珠作照明，不僅光效高，而且壽命長(zhǎng)(連續(xù)工作時(shí)間10000小時(shí)以上)，幾乎無(wú)需維護(hù)。目前，德國(guó)Hella公司利用白光LED燈珠開(kāi)發(fā)了飛機(jī)閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED燈珠作路燈照明;我國(guó)的城市交通管理燈也正用白光LED燈珠取代早期的交通秩序指示燈。可以預(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)，白光LED燈珠定會(huì)進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
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