LED综述与新应用

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【摘　要】本文对led的相关技术进行了综合分析，对LED的发展历程进行了归纳总结，并从技术演进的角度提出了LED新的应用模式。在倡导绿色低碳环保的工作生活中，可以预言LED必将成为照明及媒体显示的应用主角。

【关键词】LED;照明;显示

1.引言

LED即Light Emitting Diode的英文缩写，中文为发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，它主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。

1.1 LED的发光原理

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。当这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

1.2 LED的分类

按发光管发光颜色，可分成红色、橙色、绿色、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管适合于做指示灯用。

按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形灯、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为?准2mm、?准4.4mm、?准5mm、?准8mm、?准10mm及?准20mm等。国外通常把?准3mm的发光二极管记作T-1；把?准5mm的记作T-1（3/4）；把?准4.4mm的记作T-1（1/4）。

由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：高指向性、标准型和散射型。

按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度10mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

1.3 LED的优点

LED的内在特征决定了它具有很多优点，诸如：

体积小。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。

耗电量。LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06W），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。

使用寿命。有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命大10倍以上。

高亮度、低热。LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。

环保。LED是由无毒的材料制成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

坚固耐用。LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。

2.LED的应用

鉴于LED的自身优势，目前主要应用于以下几大方面：

(1)显示屏、交通信号显示光源的应用。LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、双色和单色显示屏，全国共有100多个单位在研发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED， 因为采用LED 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。

(2)汽车工业上的应用。汽车用灯包含汽车内部的仪表盘、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。

(3)LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于电子手表、手机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED是手机关键器件，一部普通手机约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这是个极好的市场机会。

(4)LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目(称为“照亮日本”)，头五年的预算为50亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60亿升原油的能源，相当于五个1.35×106kW核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的排放，改善人们生活居住的环境。我国也于2004年投资50亿大力发展节能环保的半导体照明计划。

(5)其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁发光，仅温州地区一年要用5亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍，该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3亿只发光灯；正在流行的LED圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电灯泡的圣诞市场。

(6)LED与太阳能技术相结合，实现真正意义上的半导体照明。太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，太阳能LED照明系统将太阳能发电这一理想能源与LED固态照明完美结合起来，是今后LED应用的重要方向。尽管还存在一些如太阳能电池转化率不高，LED价格高等问题，但LED太阳能照明因其无枯竭危险、无污染，不受地域限制等优点，前景仍十分广阔。

(7)家用室内照明的LED产品也越来越受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭！