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藍(lán)光LED
來(lái)源:作者:日期:2017-11-21 15:06:28點(diǎn)擊:6524次
藍(lán)色發(fā)光二極管是氮化鎵二極管,發(fā)光二極管由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成的二極管,當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光,因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈,或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光,磷化鎵二極管發(fā)綠光,碳化硅二極管發(fā)黃光,氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。

 
 
中文名 用    途 材    料 分    類(lèi)
藍(lán)色發(fā)光二極管 照明、廣告燈、指引燈、屏幕 氮化鎵 發(fā)光二極管
 
 
目錄
 
1、藍(lán)光LED諾貝爾獎(jiǎng)
2、藍(lán)光LED意義
3、藍(lán)光LED功能
4、藍(lán)光LED特性
5、藍(lán)光LED特點(diǎn)
6、藍(lán)光LED構(gòu)成原理
7、藍(lán)光LED性能要求
8、LED藍(lán)光危害
9、藍(lán)光LED應(yīng)用
 
 
藍(lán)光LED諾貝爾獎(jiǎng):
2014年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予來(lái)自三名來(lái)自美國(guó)和日本的科學(xué)家,以表彰他們發(fā)明了藍(lán)光LED技術(shù)。赤崎勇,天野浩以及中村修二在上世紀(jì)90年代分別獨(dú)立開(kāi)發(fā)出藍(lán)光LED技術(shù)。
將新開(kāi)發(fā)的藍(lán)光LED光源與已有的紅光與綠光LED光源,人們終于可以通過(guò)三原色原理產(chǎn)生更加自然和實(shí)用的白光照明光源。這三位獲獎(jiǎng)人將共同分享800萬(wàn)瑞典克朗(約合120萬(wàn)美元)的獎(jiǎng)金。
 
 
藍(lán)光LED意義
紅色、綠色發(fā)光二極管在上世紀(jì)中葉已經(jīng)問(wèn)世,但要把發(fā)光二極管用于照明,必須發(fā)明藍(lán)色發(fā)光二極管,因?yàn)橛辛思t、綠、藍(lán)三原色后,才能產(chǎn)生照亮世界的白色光源。藍(lán)色發(fā)光二極管的制備技術(shù)困擾了人類(lèi)30多年。
上世紀(jì)80年代,在日本名古屋大學(xué)工作的赤崎勇和天野浩選擇氮化鎵材料,向藍(lán)色發(fā)光二極管這個(gè)世界難題發(fā)起挑戰(zhàn)。1986年,兩人首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體;1989年首次研發(fā)成功藍(lán)光LED。
從1988年起,當(dāng)時(shí)在日亞化學(xué)公司工作的中村修二也開(kāi)始研發(fā)藍(lán)光二極管。與兩位日本同行一樣,他選擇的也是氮化鎵材料,但在技術(shù)路線上并不相同。上世紀(jì)90年代初,中村修二也研制出了藍(lán)色發(fā)光二極管。與名古屋大學(xué)團(tuán)隊(duì)相比,他發(fā)明的技術(shù)更簡(jiǎn)單,成本也更低。
至此,將LED用于照明的最大技術(shù)障礙已被掃除,被譽(yù)為“人類(lèi)歷史上第四代照明”的LED燈呼之欲出。
按照諾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)的說(shuō)法,這項(xiàng)只有“20歲”的“年輕”發(fā)明之所以獲獎(jiǎng),是因?yàn)檫@種用全新方式創(chuàng)造的白色光源已經(jīng)“讓我們所有人受益”。“他們的發(fā)明具有革命性,”聲明說(shuō),“白熾燈點(diǎn)亮了20世紀(jì),21世紀(jì)將由LED燈點(diǎn)亮。”
與白熾燈、熒光燈相比,LED能耗更低,壽命更長(zhǎng),而且可實(shí)現(xiàn)智能化操控,是節(jié)能環(huán)保的“綠色照明”。因此進(jìn)入市場(chǎng)后,呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。國(guó)家半導(dǎo)體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心經(jīng)理?xiàng)顫嵪杞榻B,我國(guó)2010年的LED產(chǎn)值是700多億元; 而到了2013年,全年產(chǎn)值猛增到5000多億元。家庭、辦公、道路等各種場(chǎng)所的照明以及絢爛的景觀燈光,這些市場(chǎng)“主力軍”如今都是LED。“前幾年談到LED,我們需要對(duì)公眾進(jìn)行科普,現(xiàn)在家里裝修,老百姓都會(huì)考慮買(mǎi)這種比傳統(tǒng)節(jié)能燈更節(jié)能的燈具。”
 
 
藍(lán)光LED功能:
 正是由于藍(lán)色LED的發(fā)明為人類(lèi)帶來(lái)新“光明”,今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了三位為LED照明起到奠基作用的科學(xué)家。
值得一提的是,中村修二與上海科研機(jī)構(gòu)有著密切合作。作為國(guó)家半導(dǎo)體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心顧問(wèn)、復(fù)旦大學(xué)兼職教授,他推動(dòng)了LED在上海世博會(huì)的應(yīng)用,并正在幫助上海科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)半導(dǎo)體藍(lán)色激光器,為新一代“激光電視”提供核心部件。
 
藍(lán)光LED特性
白熾燈泡和氖燈相比,發(fā)光二極管的特點(diǎn)是:工作電壓很低(有的僅一點(diǎn)幾伏);工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光);抗沖擊和抗震性能好,可靠性高,壽命長(zhǎng);通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn),發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源,在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀,用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管,每個(gè)數(shù)碼管可顯示0~9,10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字以及A,B,C,D,E,F(xiàn)等部分字母(必須區(qū)分大小寫(xiě))。
 
藍(lán)光LED特點(diǎn):
節(jié)能、壽命長(zhǎng)、亮度高
 
藍(lán)光LED構(gòu)成原理
發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。其發(fā)光過(guò)程包括三部分:正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。微小的半導(dǎo)體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹(shù)脂物中,當(dāng)電子經(jīng)過(guò)該晶片時(shí),帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合,電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子。電子和空穴之間的能量(帶隙)越大,產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過(guò)來(lái)與光的顏色對(duì)應(yīng),可見(jiàn)光的頻譜范圍內(nèi),藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多,桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙,從而能夠發(fā)出不同顏色的光。
 1973年,在松下電器公司東京研究所的赤崎勇開(kāi)始了藍(lán)光LED的研究。后來(lái),赤崎勇和弟子天野浩在名古屋大學(xué)合作進(jìn)行了藍(lán)光LED的基礎(chǔ)性研發(fā),1989年首次研發(fā)成功了藍(lán)光LED。1993年,在日本日亞化工(Nichia)工作的中村修二成功把氮滲入,發(fā)明了基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED,從而引發(fā)了照明技術(shù)革新,這類(lèi)LED在1990年代后期得到廣泛應(yīng)用。
 
藍(lán)光LED性能要求
7.1高可靠性特別像LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費(fèi)也大。
7.2高效率LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。對(duì)于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu),尤為重要。因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降,所以LED的散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對(duì)延緩LED的光衰有利。
7.3高功率因素功率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒(méi)有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響不大,但晚上大家點(diǎn)燈,同類(lèi)負(fù)載太集中,會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對(duì)于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動(dòng)電源,據(jù)說(shuō)不久的將來(lái),也許會(huì)對(duì)功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。
7.4驅(qū)動(dòng)方式通行的有兩種:其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源,每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會(huì)略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn),但靈活性差,還要解決某個(gè)LED故障,不影響其他LED運(yùn)行的問(wèn)題。這兩種形式,在一段時(shí)間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會(huì)較好。也許是以后的主流方向。
7.5浪涌保護(hù)LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶(hù)外,如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌,有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入,保護(hù)LED不被損壞的能力。
7.6保護(hù)功能電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,防止LED溫度過(guò)高。
7.7防護(hù)方面燈具外安裝型,電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮,外殼要耐曬。
7.8驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。
7.9要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
 
LED藍(lán)光有危害嗎?
一般LED發(fā)的光只有“RGB”這3種顏色,而B(niǎo)表示blue,就是藍(lán)光。
那么藍(lán)光在哪里呢,可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是在400納米到700納米之間,而從400納米開(kāi)始到500納米的波長(zhǎng)范圍就是藍(lán)光。
但是我們平時(shí)家用的白光是如何產(chǎn)生的呢,因?yàn)樗{(lán)光光子的能量高,所以用它來(lái)激發(fā)熒光,一般用藍(lán)光LED產(chǎn)品的藍(lán)光燈打在熒光粉上產(chǎn)生黃光,黃光被藍(lán)光激發(fā)出來(lái)后,他們一起從LED里射出來(lái),我們會(huì)感覺(jué)好像是看到了白光,其實(shí)是藍(lán)與黃兩種顏色混合在一起的復(fù)合光。
正因?yàn)檫@個(gè)原理,很多廠家為了提高白光LED的亮度,直接提高藍(lán)光的強(qiáng)度,這樣黃光相應(yīng)增加,最后形成的白光亮度也就增加了,但這就造成了藍(lán)光過(guò)量。
藍(lán)光對(duì)視網(wǎng)膜的影響,人的眼睛用來(lái)接收光的組織叫做視網(wǎng)膜,如果光源中的400-500納米藍(lán)光波段亮度過(guò)高,眼睛長(zhǎng)時(shí)間直視光源后可能引起視網(wǎng)膜的光化學(xué)損傷。人的眼睛為什么不能接受藍(lán)光LED發(fā)出的“過(guò)量藍(lán)光"呢,因?yàn)槿祟?lèi)是在太陽(yáng)系里進(jìn)化出來(lái)的,太陽(yáng)光的中心波長(zhǎng)在550納米左右,而藍(lán)光LED中心波長(zhǎng)是465納米,偏離了太陽(yáng)光的中心波長(zhǎng),所以我們?nèi)祟?lèi)的眼睛不能接受”過(guò)量“藍(lán)光。
一般來(lái)說(shuō),正規(guī)廠家經(jīng)過(guò)國(guó)家質(zhì)檢上市的產(chǎn)品,不會(huì)存在藍(lán)光過(guò)量的隱患。但有一些LED燈的生產(chǎn)商并不注意控制藍(lán)光的強(qiáng)度,他們所生產(chǎn)的LED燈具中藍(lán)光是”過(guò)量“的,對(duì)眼睛存在藍(lán)光輻射損害。
 
藍(lán)光LED應(yīng)用
在LED于20世紀(jì)60年代問(wèn)世到80年代之前這10多年中,LED只有紅、黃、綠幾種顏色,發(fā)光效率很低(僅約1 lm/W),亮度比較低,而且價(jià)格高,人們只是將其用作電子產(chǎn)品的指示燈。從LED發(fā)展和應(yīng)用歷程上看,這一時(shí)期為L(zhǎng)ED的指示應(yīng)用階段。
9.1交流電源指示燈
該電路只要連接220V/50Hz的交流供電線路,LED就會(huì)被點(diǎn)亮,指示電源接通。限流電阻R的阻值為220V/IF。
9.2交流開(kāi)關(guān)指示燈
用LED作白熾燈開(kāi)關(guān)指示燈的電路,當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)燈泡熄滅時(shí),電流經(jīng)R、LED 和燈泡EL形成回路,LED亮,方便人們?cè)诤诎抵姓业介_(kāi)關(guān)。此時(shí)曲于回路中的電流很小,燈泡是不會(huì)亮9.3交流電源插座指示燈
用雙色(共陰極) LED作交流電源插座指示燈的電路。插座的供電由開(kāi)關(guān)S控制。當(dāng)紅光LED亮?xí)r,插座無(wú)電;當(dāng)綠光LED亮?xí)r,插座有電。
9.4保險(xiǎn)管座指示燈
LED用作工廠設(shè)備配電箱保險(xiǎn)管座指示燈的電路。當(dāng)保險(xiǎn)管完好時(shí),LED不亮;當(dāng)保險(xiǎn)管熔斷時(shí),LED會(huì)被點(diǎn)亮,以指示用戶(hù)是哪一個(gè)熔斷器已被燒斷,以便更換。這對(duì)于用肉眼無(wú)法觀察好壞的瓷芯式熔斷器來(lái)說(shuō)是非常方便的。