超高亮度LED的太陽能城市燈光系統(tǒng)

1 LED的發(fā)展歷程

　　LED發(fā)展到如今已有近40多年的歷史。第一批商業(yè)化的LED出現(xiàn)于己于1968年，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、工作電流小、可與TTL、CMOS數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點(diǎn)，因而受到使用者的青瞇，開始進(jìn)入包括宇航、飛機(jī)、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通信等多種應(yīng)用領(lǐng)域，到1996年LED在全世界的銷售額已達(dá)到幾十億美元。

　　近十年來，LED材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題一直是超高亮度化、全色化。所謂超高亮度LED（UHB）是指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過100mcd的LED，又稱坎德拉（cd）級LED。由于利用A1GaInP和InGaN做發(fā)光層，超高亮度LED的研制進(jìn)展十分迅速，并達(dá)到常規(guī)材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達(dá)到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P（λ=620nm）橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p（λ=590nm）黃色超高亮度LED實(shí)用化。同年，東芝公司研制InGaA1P（λ=573nm）黃綠色超高亮度LED，法向光強(qiáng)達(dá)2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN（λ=450nm）藍(lán)（綠）色超高亮度LED。

　　至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍(lán)以及橙、黃多種顏色的LED都達(dá)到了坎德拉級的發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)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(shí)。

　　通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進(jìn)國外先進(jìn)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(jìn)了一步。我國臺(tái)灣地區(qū)是世界LED及管芯的主要產(chǎn)地，年產(chǎn)LED約40億只，產(chǎn)品品種規(guī)格齊全，性能達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，所生產(chǎn)的管芯也大量出口日本等國。

　　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

　　超高亮度紅A1GaAsLED具有更高的發(fā)光效率，透明襯底（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）。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。

　　2.2 超高亮度LED與白熾燈的比較

　　目前，超高亮度LED的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈，某些品種發(fā)光亮度已高于1000mcd，可以取代功率1W以內(nèi)的白熾燈，將LED組成陣列甚至可以取代功率150W以內(nèi)的白熾燈。對于許多城市燈光系統(tǒng)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則可直接得到相同的顏色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(gè)（紅、蘭、綠）超高亮度LED芯片組合在一起，不用濾光片就能得到包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)在內(nèi)的七彩色，其發(fā)光效率目前均已超過白熾燈，正向熒光燈接近。此外，用超高亮度LED組成的彩色大屏幕可以表現(xiàn)天空和海洋，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫。

　　新一代紅、綠、藍(lán)超高亮度LED達(dá)到了前所未有的性能。最近，日本日亞公司利用其InGaN藍(lán)光LED和熒光技術(shù)，新推出了白光固體發(fā)光器件產(chǎn)品，其色溫為6500K，效率達(dá)每瓦7.5流明。超高亮度LED的問世及其產(chǎn)業(yè)化，為太陽能燈光系統(tǒng)增添了新的活力。