白光LED的开发状况

LED光源的特点

1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。    
    2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%     
    3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境     
    4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%     
    5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级    
    6. 对环境污染：无有害金属汞     
    7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色     
    8.价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成.

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。（如下图所示） 

    表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光效率约为25流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。 
    从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，用于封装LED白光，预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。     
    采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。近期，白色LED已达到单颗用电超过1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。

LED显示器件发展简史和应用趋势

新型LED显示器件有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点，本文从LED显示器件的发展简史开始，探讨了表面贴装LED、汽车应用中的LED和照明用LED的发展趋势，对于从事显示器件开发的中国工程师有一定参考价值。     
    全球第一款商用化发光二极管(LED)是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。随后不久Monsanto和惠普公司也推出了用GaAsP材料制作的商用化LED。这些早期的红色LED每瓦大约能提供0.1流明(lumens)的输出光通量，比一般的60至100瓦白炽灯的15流明要低上100倍。     
    1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。到1971，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色裸片LED。     
    1972年开始有少量LED显示屏用于钟表和计算器。全球首款采用LED的手表最初还是在昂贵的珠宝商店出售的，其售价竟然高达2,100美元。几乎与此同时，惠普与德州仪器也推出了带7段红色LED显示屏的计算器。    
    到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED是那个时代主打的数字与文字显示技术。然而在许多商用设备中，LED显示屏也逐渐受到了来自其它显示技术的激烈竞争，如液晶、等离子体和真空荧光管显示器。     
    这种竞争性激励LED制造商进一步拓展他们的产品类型，并积极寻求LED具有明显竞争优势的应用领域。此后LED开始应用于文字点阵显示器、背景图案用的灯栅和条线图阵列。数字显示屏的尺寸和复杂度在不断增长，从2位数字到3位甚至4位，从7段数字到能够显示复杂的文字与图案组合的14或16段阵列。到1980年制造商开始提供智能化的点阵LED显示屏。     
    80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位安装停止灯(CHMSL)设备。1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。     
    今天，最亮的材料应是透明基底AlInGaP。在1991年至2001年期间，材料技术、裸片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近20倍。    
    对高强度蓝光LED的不断研发产生了好几代亮度越来越高的器件。在1990年左右推出的基于碳化硅(SiC)裸片材料的LED效率大约是0.04流明/瓦，发出的光强度很少有超过15毫堪(millicandel)的。90年代中期的技术突破实现了第一个基于GaN的实用LED。现在还有许多公司在用不同的基底如蓝宝石和SiC生产GaN LED，这些LED能够发出绿光、蓝光或紫罗兰等颜色。高亮蓝色LED的发明使真彩广告显示屏的实现成为可能，这样的显示屏能够显示真彩、全运动的视频图像。     
    蓝光LED的出现使人们还能利用倒行转换的磷光材料将较高能量的蓝光部分地转换成其它颜色。将蓝光与转换磷的黄光整合在一起就能得到白光，而整合适当数量的蓝光与红橙磷(reddish orange phospher)则可以产生略带桃色或紫色的色彩。现在仅用LED光源就能完全覆盖CIE色度曲线中的所有饱和颜色，并且各种颜色LED与磷的有机整合几乎能够毫无限制地产生任何颜色。     
    在可靠性方面，LED的半衰期(即光输出量减少到最初值一半的时间)大概是1万到10万小时。相反，小型指示型白炽灯的半衰期(此处的半衰期指的是有一半数量的灯失效的时间)典型值是10万到数千小时不等，具体时间取决于灯的额定工作电流。    
    表面贴装LED     
    为了利用自动化组装技术降低制造成本，从20世纪80年代开始业界逐渐推广使用表面贴装器件(SMT)，90年代这一技术得到了进一步强化。最初的SMT LED作为低功率器件被主要用于指示设备和手机键盘的照明，后来又开发出大功率的SMT器件用于汽车面板照明、刹车灯，并扩展用于专业和一般的照明设备。     
    SMT是蜂窝/PCS电话机的主要技术要求，现在看来这一市场仍具有极大的发展潜力。2001年全球手机的制造量大约有3.8亿部，据预测今年的制造量将上升到4.3亿部，到2005年将达到5.2亿部。一部手机平均要使用10个表贴型LED，也即意味着仅手机市场对LED的需求就达到了40亿个。     
    手机功能的不断升级也进一步刺激了对更高性能LED的需求。确切说，手机设计人员需要多种多样的LED，包括更高亮度的单色LED器件、真彩LCD显示屏(特别是第2.5代和第3代手机的LCD)背景光源用的白色LED以及实现产品差异化所需的蓝色和紫罗兰色等特殊色LED。同时，由于手机的复杂度越来越高，体积也越来越小，有更多的用户对LED提出了更薄更小外形包装的要求。     
    特别是越来越多的人希望高性能LED能提供“芯片LED”的表贴封装，即工业标准的1.6×0.8mm外形尺寸。     
    话机制造商要求对LED的颜色与强度进行分类，以确保背景光源设备能与用户需求取得高度一致。这样做能使LED非常适合用于背景光源设备，即LCD、按键、前面板、符号与键盘背景照明等，因为这些设备上颜色与光强度的和谐统一非常重要。    
    汽车应用中的LED     
    在汽车内外，照明设备中用得最多的还是白炽灯，但设计师与汽车制造商正在逐渐采纳LED，开始时LED可能只用于豪华型汽车，但慢慢会过渡到大多数汽车上。LED的最大卖点之一是具有很长的平均无故障工作时间(MTBF)，LED照明器件的使用寿命一般都要超过汽车本身的寿命。     
    有很多种LED产品，其封装和器件适合仪表板、空调、收音机和电子开关等汽车内部照明设备使用。例如那些SMT器件就非常适合汽车仪表板使用。多用途的3mm和5mm注塑灯仍是汽车内部照明设备和外部照明设备的候选产品，目前这些器件已被广泛应用于中央高位安装停止灯(CHMSL)设备中。

对内部和外部照明设备来说，LED汽车灯装置与白炽灯装置的热设计有很大不同。这是因为白炽灯会产生相当大的热量，而白炽灯泡能承受这样的高温环境。LED灯阵列所产生的热量一般要比白炽灯少，但LED灯的最大内部温度必须保持在推荐的上限范围以内才能保持LED的可靠工作，如果超出LED灯的最高结温，就可能由于环氧材料的膨胀而导致导线粘结剂或被抬高的LED裸片发生突发性故障。在湿度比较高的热循环或加强型热循环环境中，这些故障会显得尤其突出。     
    LED灯的最大内部结温受限于环氧封装材料的热膨胀特性。与汽车白炽信号灯设计相比，由于存在最大结温的限制，LED汽车信号灯设计必须认真考虑热设计问题。     
    用于照明的LED     
    传统LED灯中使用的芯片是0.25×0.25mm大小，而照明用的LED一般都要在1.0× 1.0mm以上。专注于结构化裸片成型的设计工作-台式结构、倒金字塔结构和倒装芯片设计能够改善LED的发光效率，从而使芯片发出更多的光。    
    封装设计方面的革新包括将高传导率的金属块用作基底、倒装芯片设计和裸盘浇铸式引线框等，这些方法都能设计出可高功率、低热阻的器件，而且这些器件能比以前的器件照度更大。    
    目前一个典型的高光通量LED器件能够产生几流明到数十流明的光通量。更新的设计可以在一个器件中集成更多的LED，或者在单个组装件中安装多个器件，从而使输出的流明数相当于小型白炽灯。例如，一个高功率的12芯片单色LED器件能够输出200流明的光能量，所消耗的功率在10到15瓦之间。    
    LED已经被广泛应用于各种照明设备中，如电池供电的闪光灯、微型声控灯、安全照明灯、室内室外道路和楼梯照明灯以及建筑物与标记连续照明灯。

新市场成熟 LED产业再被催熟

 LED产业积极切入TFT面板供应链，以取代CCFL作为背光源。业内人士表示，一旦LED在背光源上的应用如果成型，一个月的需求量高达十亿颗将有望带动明年LED产业荣景再现。 据了解，全球LED产业在2003年与2004年历经将近30%的高成长率之后，2005年仍将持续成长。不过由于带动LED增长的手机应用领域需求放缓，业者因此预估，2005和2006年两年后取而代之的新应用领域，将是以汽车照明、显示器、相机用闪光灯、面板背光源以及室内照明为主。而这几大应用领域只要一个新应用市场能成型，业者预测，明年LED高阶产品很可能呈缺货状。
有关方面数据显示，2005年LED市场可望再成长达524亿元的规模，年成长率约16%。因需求持续增长，预估2008年时可望达到68亿美元的市场规模，其中，以高亮度LED与超高亮度LED最具成长潜力。从全球市场来看，高亮度LED主要的应用领域还是在移动设备的背光源上，这种需求占整个市场的近60％。另一个主要市场是汽车和信号灯市场。
其中就背光源需求量而言，业内认为，LED若能在面板的应用上趋于成熟，一个月光面板产品对LED的需求就高达十亿颗，但是以国内及台湾厂商现阶段的高阶产能来看，能切入面板产业的产能并不多，因此高阶产能极容易出现缺货的情况。
LED市场目前值得注意的情况是，由于近两年带动LED成长相当快速的手机应用领域，预估未来一年仍将持续成长，但2006年之后LED在手机应用的产值将呈现趋缓。在近几年手机市场往彩色化、照相化与薄型化的趋势发展之下，LED在手机市场的应用已成为带动LED市场快速成长的关键因素，而今随着市场成熟及终端需求放缓，LED在手机领域的市场成长动力明显不及汽车电子等领域。
经验人士认为，未来取而代之的LED新应用领域，将是以汽车照明、显示器、相机用闪光灯、面板背光源以及室内照明市场等为主。而在LCD面板背光源的应用方面，LED将深具成长潜力。(

红外线LED照明产量预计今年会增20

亚洲红外线LED行业随着需求不断上升预计今年会有增长，尤其来自家用电器，电信，PC周边设备，安全和医学设备应用。制造商要不就是建造新厂房就是购买新的设备来扩大生产能力。随着生产能力的扩大，产量预计今年会增长20%。 在中国大陆，大概有50家供应商提供红外线LED 上一篇：LED照明相关名词解释 下一篇：汽车仪表技术演绎三大趋势