LED的发展概况
LED 的发展概况
发光二极管(LED)是一种电致发光的光电器件。早在 1907 年开始,人们就发现某些半导体材料制
成的二极管在正向导通时有发光的物理现象,但生产出有一定发光效率的红光 LED 已是 1969 年
了。到今天,LED 已生产了 30 多年,回顾过去,它已茁壮成长。各种类型的 LED、利用 LED 作二
次开发的产品及与 LED 配套的产品(如白光 LED 驱动器)发展迅速,新产品不断上市,已发展成不
少新型产业。展望将来, 还期望更进一步地提高。
早期的 LED 主要用于做指示灯。它的发光强度不高,一般小于 1mcd,高的也仅几个 mcd;另外,发
光效率也不高,一般小于 0.21m/W,其功率仅几十 mW 到上百个 mW(属于小功率 LED)。本文就
从发光强度提高说起。
发光强度及发光效率的提高
作为指示灯方面的应用,有几个 mcd 的发光强度也可以了,但由 LED 组成的数码管或字符管则显
得亮度不足,若要用于户外作信号或标志显示,则其亮度太低,不能满足使用的要求。所以 LED 的
主要发展方向是提高发光强度(也就是一般所指的提高亮度) 。
随着半导体材料及半导体工艺技术、设备的发展,LED 的亮度不断提高,开发出高亮度及超高亮
度LED, 并且不断创造新记录。
笔者用现有的 LED 资料,以中 5标准封装、发红光、视角差不多的 LED 为例,以不同的生产年份
的发光强度来说明 LED 发光强度提高的情况,如表 1 所示。
从表 1可以看出,近30 年LED 的发光强度提高了 8000 倍左右。1969～1987 年LED 的发光强度
是很低的,发展很慢,但1994～2005 年LED 的亮度有很大的发展。表 1中列出的并非发光强度最
高的。例如,在GaAs 的衬低上采用 AIlnGaP 工艺技术制成的 Φ5、红光 LED,在小视角
4°、50mA 工作电流时,其典型发光强度为 20000mcd 。
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LED 另一个重要性能指标是发光效率 η,用1m/W 来表达。各年份生产的 LED 发光效率如表 2所
示。
从表 2可以看出,这30 多年来,LED 的发光效率提高了 250 倍以上。1970-1990 年LED 发光效率
提高较慢,1990-2005 年则提高较快。例如,Cree 公司生产的 lW 白光 LED XL7090WHT,其发光效
率可达 601m/W 。
XL7090WHT 是超高亮度、小尺寸封装的白光 LED。XL7090WHT 的发光强度大,电流 350mA
时的典型光通量为 601m,在瞬态脉冲电流 700mA 时典型光通量可达 981m,而目前一般 1W 白光
LED 的光通量为 30～45lm),XL7090WHT 的发光效率高达 601m/W,视角宽达 100°,封装尺寸仅为
9mmx7mmx4.3mm,工作温度范围是-20~+80℃ 。
由于 XL7090WHT 发光强度大、发光效率高,因此它适用于家庭、商业或公共场所明、DVD、
笔记本电脑、电视机的彩色显示屏的背光,广告灯、路灯及标志灯,汽车及运输工具的内外照明
及数码相机的闪光灯等。
从表 1和表2也可以看出,LED 的发光强度及发光效率的提高主要取决于采用的半导体材料及其
工艺技术的发展。早期的 LED 主要用 GaAs、GaP(二元素半导体材料)和GaAsP(三元素半导体
材料),1994 年左右采用 AIInGaP(四元素半导体材料)后,其发光强度及发光效率有很大的提高。
另外,在工艺技术上采用在 GaAs 衬底上用 AilnGaP 材料生产的红光、黄光LED 及在 SiC 衬底上
用InGaN 材料生产的绿光、蓝光LED, 在发光强度及发光效率上有较大的改进。
LED 的功率提高
我们知道 LED 的发光强度与正向电流 IF,几乎成线性关系,即增加正向电流 IF可增加发光强度。
但LED 有一个最大功耗PD值的限制,PD=VFxIF(VF为正向压降),若过大地增加 IF而使 PD超过最大
值时,LED 会过热而损坏。为了要提高发光强度,开发出中功率 LED(一般为几百 mW),其工作电
流也提高到 70mA。近年来,为进一步提高发光强度,开发出大功率 LED,其功率一般为 1～
10W(有一些还大于 10W)。它的工作电流一般为 350～700mA,有些可达 1A 以上。
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以American Opto Plus LED 公司生产的 5W 的PU-5WXX 系列为例,在700mA 电流下,其结温了
Tj 为25℃,其典型发光强度如表 3所示(大功率 LED 的发光强度用光通量表示) 。
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LED的发展概况发光二极管(LED)是一种电致发光的光电器件。早在1907年开始,人们就发现某些半导体材料制成的二极管在正向导通时有发光的物理现象,但生产出有一定发光效率的红光LED已是1969年了。到今天,LED已生产了30多年,回顾过去,它已茁壮成长。各种类型的LED、利用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品(如白光LED驱动器)发展迅速,新产品不断上市,已发展成不少新型产业。展望将来,还期望更进一步地提高。早期的LED主要用于做指示灯。它的发光强度不高,一般小于1mcd,高的也仅几个mcd;另外,发光效率也不高,一般小于0.21m/W,其功率仅几十mW到上百个mW(属于小功率LED...
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作者：闻远设计
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