? ? ??1970年代最早的GaP、GaAsP同質(zhì)結(jié)紅、黃、綠色低發(fā)光效率的LED已開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。從此LED開始

進入多種應(yīng)用領(lǐng)域，包括宇航、飛機、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通信、消費類產(chǎn)品等，遍及國民經(jīng)濟各部門和千家萬戶。到1996年LED

在全世界的銷售額已達到幾十億美元。盡管多年以來LED一直受到顏色和發(fā)光效率的限制，但由于GaP和GaAsPLED具有長壽命、

高可靠性，工作電流小、可與TTL、CMOS數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點因而卻一直受到使用者的青瞇。

　　最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題。超高亮度(UHB)是指發(fā)光強度達到或超過

100mcd的LED，又稱坎德拉(cd)級LED。高亮度A1GaInP和InGaNLED的研制進展十分迅速，現(xiàn)已達到常規(guī)材料GaA1As、

GaAsP、GaP不可能達到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P620nm橙色超高亮度LED，1992年

InGaA1p590nm黃色超高亮度LED實用化。同年，東芝公司研制InGaA1P573nm黃綠色超高亮度LED，法向光強達2cd。1994年

日本日亞公司研制成InGaN450nm藍(綠)色超高亮度LED。至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的LED

都達到了坎德拉級的發(fā)光強度，實現(xiàn)了超高亮度化、全色化，使發(fā)光管的戶外全色顯示成為現(xiàn)實。我國發(fā)展LED起步于七十年

代，產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)于八十年代。全國約有100多家企業(yè)，95%的廠家都從事后道封裝生產(chǎn)，所需管芯幾乎全部從國外進口。通過幾

個“五年計劃”的技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進國外先進設(shè)備和部分關(guān)鍵技術(shù)，使我國LED的生產(chǎn)技術(shù)已向前跨進了一步。

　　一、超高亮度LED的性能：

　　超高亮度紅A1GaAsLED與GaAsP-GaPLED相比，具有更高的發(fā)光效率，透明襯低(TS)A1GaAsLED(640nm)的流明效率已接近

10lm/w，比紅色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的顏色與GaAsP-GaPLED相同包括：綠黃色(560nm)、淺綠黃

色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm深紅(640nm)。透明襯底A1GaInPLED發(fā)光效率與其

它LED結(jié)構(gòu)及白熾光源的比較，InGaAlPLED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/w，透明襯底(TS)為201m/w，在590-626nm的波

長范圍內(nèi)比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10-20倍;在560-570的波長范圍內(nèi)則比GaAsP-GaPLED高出2-4倍。超高亮度InGaNLED

提供了蘭色光和綠色光，其波長范圍蘭色為450-480nm，蘭綠色為500nm，綠色為520nm;其流明效率為3-151m/w。超高亮度

LED目前的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈，可以取代功率1w以內(nèi)的白熾燈，而且用LED陣列可以取代功率150w以內(nèi)的白

熾燈。對于許多應(yīng)用，白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和蘭色，而用超高亮度LED則可得到相同的顏色。近年

AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(紅、蘭、綠)超高亮度LED芯片組合在一起，不用濾光片也能得到各種顏

色。包括紅、橙、黃、綠、藍，目前其發(fā)光效率均已超過白熾燈，正向熒光燈接近。發(fā)光亮度已高于1000mcd，可滿足室外全

天候、全色顯示的需要，用LED彩色大屏幕可以表現(xiàn)天空和海洋，實現(xiàn)三維動畫。新一代紅、綠、藍超高亮度LED達到了前所未

有的性能。

　　二、超高亮度LED的應(yīng)用：

　　汽車信號指示：汽車指示燈在車的外部主要是方向燈、尾燈和剎車燈;在車的內(nèi)部主要是各種儀表的照明和顯示。超高亮度

LED用于汽車指示燈與傳統(tǒng)的白熾燈相比具有許多優(yōu)點，在汽車工業(yè)中有著廣泛的市場。LED能夠經(jīng)受較強的機械沖擊和震動。

平均工作壽命MTBF比白熾燈泡高出幾個量級，遠遠高出汽車本身的工作壽命，因此LED剎車燈可封裝成一個整體，而不必考慮

維修。透明襯底Al.GaAs和AlInGaPLED與帶有濾光片的白熾燈泡相比具有相當(dāng)高的流明效率，這樣LED剎車燈和方向燈就能夠在

較低的驅(qū)動電流下工作，典型的驅(qū)動電流只有白熾燈的1/4，從而降低了汽車用于行駛距離。較低的電功率還可降低汽車內(nèi)部線

路系統(tǒng)的體積和重量，同時還可減小集成化的LED信號燈的內(nèi)部溫升，允許透鏡和外罩使用耐溫性能較低的塑料。LED剎車燈的

響應(yīng)時間為100ns，比白熾燈的響應(yīng)時間短，這樣便給司機留下了更多的反應(yīng)時間，從而提高了行車的安全保證。汽車的外部指

示燈的照度及顏色均有明確規(guī)定。汽車的內(nèi)部照明顯示雖不像外部信號燈那樣受到政府有關(guān)部門的控制，但汽車的制造者對LED

的顏色及照度有要求。GaPLED早已用于車內(nèi)，超高亮度AlGaInP和InGaNLED由于在顏色和照度上可滿足制造者的要求，因而將

更多的取代車內(nèi)白熾燈。從價格上看，盡管LED燈與白熾燈相比還是較貴的，但從整個系統(tǒng)來看，二者的價格并沒有明顯的差

別。隨著超高亮度TSAlGaAs和AlGaInPLED實用化的發(fā)展，最近幾年價格一直在不斷降低，今后降低的幅度還會更大。

　　交通信號指示：用超高亮度LED取代白熾燈，用于交通信號燈、警示燈、標(biāo)志燈現(xiàn)已遍及世界各地，市場廣闊，需求量增長

很快。根據(jù)美國交通部門1994年的統(tǒng)計，美國安裝交通信號燈的十字路口有26萬個，每個十字路口至少要有12個紅色、黃色、

藍綠色信號燈。許多十字路口還有一些附加的轉(zhuǎn)變標(biāo)志和跨越馬路的人行橫道警示燈。這樣，每個十字路口可有20信號燈，而

且要同時發(fā)光。由此可推算出美國全國約有1.35億個交通信號燈。目前采用超高亮度LED取代傳統(tǒng)的白熾的燈降低電力損耗已取

得明顯效果。日本每年在交通信號燈上的耗電量約為100萬千瓦，采用超高亮度LED取代白熾燈后，其耗電量僅為原來的12%。

　　交通信號燈每個國家的主管部門都要制定相應(yīng)的規(guī)范，規(guī)定信號的顏色、最低的照明強度，光束空間分布的圖樣以及對安裝

環(huán)境的要求等。盡管這些要求是按白熾燈編寫的，但對目前采用的超高亮度LED交通信號燈基本上是適用的。LED交通信號燈與

白熾燈相比，工作壽命較長，一般可達到10年，考慮到戶外惡劣環(huán)境的影響，預(yù)計壽命要減少到5-6年。目前超高亮度AlGaInP

紅、橙、黃色LED已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，價格也比較便宜，若用紅色超高亮度LED組成的模塊取代傳統(tǒng)的紅色白熾交通信號燈頭則可將

因紅色白熾燈突然失效給安全造成的影響低到最低程度。一般LED交通信號模塊由若干組串聯(lián)的LED單燈組成，以12英寸的紅色

LED交通信號模塊為例，在3-9組串聯(lián)的LED單燈，每組串聯(lián)的LED單燈數(shù)為70-75個(總數(shù)為210-675LED單燈)，當(dāng)有一個LED單

燈失效時，只會影響一組信號，其余各組減小到原來的2/3(67%)或8/9(89%)，并不會像白熾燈那樣使整個信號燈頭失效。

　　LED交通信號模塊的主要問題是造介仍然顯得高些，以12英寸的TS-AlGaAs紅色LED交通信號模塊為例，最早應(yīng)用于1994

年，其造價為350$，而到1996年性能更好的12英的AlGaInPLED交通信號模塊，造價則為200$。

　　預(yù)計今后不會很久，InGaN藍綠色LED交通信號模塊的價格將可與AlGaInP相比。白熾交通信號燈頭的造價雖低，但耗電量

大，一個直徑12英寸的白熾交通信號燈頭的耗電量為150W，橫過馬路人行道的交通警示燈的耗電量為67W，據(jù)計算，每個十字

路口的白熾信號燈每年的耗電量為18133KWh，折合每年電費為1450$;然而LED交通信號模塊則非常省電，每個8-12英寸的紅色

LED交通信號模塊耗電量分別為15W和20W，十字路口拐彎處的LED標(biāo)志可用箭頭開關(guān)顯示，耗電量僅有9w，據(jù)計算，每個十字

路口每年可省電9916KWh，相當(dāng)每年節(jié)省電費793$。按每個LED交通信號模塊的平均造價200$計，紅色LED交通信號模塊僅用

其節(jié)省的電費，3年后即可收回最初的成本造價，并開始不斷得到經(jīng)濟回報。因此目前使用AlGaInPLED交通信息模塊，盡管造價

顯得地，但從長看，還是合算的。

LED照明燈具