超高亮度LED 在太阳能城市灯光系统中的应用

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上传时间： 2007-02-08

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关键词：太阳能；LED；灯光系统

1、LED 的发展进程

LED（注入式电致发光二极管）已有近30 年的发展历程。第一批商业化的LED 出现于己于1968 年，尽管多年以来LED 一直受到颜色和发光效率的限制，但由于GaP 和GaAsP LED 具有长寿命、高可靠、工作电流小、可与TTL、CMOS 数字电路兼容等许多优点，因而受到使用者的青眯，开始进入包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信等多种应用领域，到1996 年LED 在全世界的销售额已达到几十亿美元。

近十年来，LED 材料和器件工艺技术研究的前沿课题一直是超高亮度化、全色化。所谓超高亮度LED（UHB）是指发光强度达到或超过100mcd 的LED，又称坎德拉（cd）级LED。由于利用A1GaInP 和InGaN做发光层，超高亮度LED 的研制进展十分迅速，并达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP 不可能达到的性能水平。

1991 年日本东芝公司和美国HP 公司研制成InGaA1P（λ=620nm）橙色超高亮度LED，1992 年InGaA1p（λ=590nm）黄色超高亮度LED 实用化。同年，东芝公司研制InGaA1P（λ=573nm）黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994 年日本日亚公司研制成InGaN（λ=450nm）蓝（绿）色超高亮度LED。

至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED 都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。我国发展LED 起步于二十世纪七十年代，产业出现于二十世纪八十年代。目前全国约有100 多家企业，其中95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部来自台湾地区或从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术，使我国LED 的生产技术已向前跨进了一步。我国台湾地区是世界LED 及管芯的主要产地，年产LED 约40 亿只，产品品种规格齐全，性能达到或接近世界先进水平，所生产的管芯也大量出口日本等国。

2、超高亮度LED 的基本性能

2.1 各色超高亮度LED 的基本特性

超高亮度红A1GaAs LED 具有更高的发光效率，透明衬底（TS）A1GaAs LED（640nm）的流明效率已接近10lm/w，比红色GaAsP-GaP LED 大10 倍。超高亮度InGaAlP LED 提供的颜色与GaAsP-GaP LED相同，包括：绿黄色（560nm）、浅绿黄色（570nm）、黄色（585nm）、浅黄（590nm）、橙色（605nm）、浅红（625nm）、深红（640nm）。InGaAlP LED 吸收衬底（AS）的流明效率为10 1m/w，透明衬底（TS）为201m/w，在590－626nm 的波长范围内比GaAsP-GaP LED 的流明效率要高10－20 倍；在560－570 的波长范围内则比GaAsP-GaP LED 高出2－4 倍。超高亮度InGaN LED 提供了兰色光和绿色光，其波长范围兰色为450－480nm，兰绿色为500nm，绿色为520nm；其流明效率为3－151m/w。

2.2 超高亮度LED 与白炽灯的比较

目前,超高亮度LED 的流明效率已超过了带滤光片的白炽灯，某些品种发光亮度已高于1000mcd，可以取代功率1W以内的白炽灯，将LED 组成阵列甚至可以取代功率150W以内的白炽灯。对于许多城市灯光系统应用，白炽灯都是采用滤光片来得到红色、橙色、绿色和兰色，而用超高亮度LED 则可直接得到相同的颜色。近年用AlGaInP 材料和InGaN 材料制造的超高亮度LED 将多个（红、兰、绿）超高亮度LED芯片组合在一起，不用滤光片就能得到包括红、橙、黄、绿、蓝在内的七彩色，其发光效率目前均已超过白炽灯，正向荧光灯接近。此外，用超高亮度LED 组成的彩色大屏幕可以表现天空和海洋，实现三维动画。

新一代红、绿、蓝超高亮度LED 达到了前所未有的性能。最近，日本日亚公司利用其InGaN 蓝光LED 和荧光技术，新推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K，效率达每瓦7.5 流明。超高亮度LED 的问世及其产业化，为太阳能灯光系统增添了新的活力。

3、超高亮度LED 在太阳能城市灯光系统中的应用

3.1 超高亮度LED 灯泡的基本结构

应用于太阳能城市灯光系统，单个超高亮度LED 发光管其产生的光线较暗、方向性太强，综合视觉效果较差。因此，应用于太阳能城市灯光系统时，首先须将多个LED 发光管集中于一起，加大其发光亮度与面积；其次，根据不同色彩LED 发光管的性能差异，通过相关参数匹配优化设计，组合成直流12V、6V 、4.8V 及其它脉冲系列产品，典型直流LED 高效节能灯泡主要技术参数见表……全文请点击照明工程师社区资料下载中心

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