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摘 要 隨著100 lm /W級白光LED的開發(fā)成功，白光LED在顯示和照明方面應用普及化進程中又向前邁進了一步。主要介紹了白光LED的新應用———卡燈的結(jié)構和原理，及其在生活中的應用。并在電流為20 A的條件下，距離為50 mm處利用BM27對其亮度進行測試，測試結(jié)果為平均亮度大于3 400 cd /m2 ，均勻度超過85 %。 LED是light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫，是一種由半導體技術制成的電光源。LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為P2N結(jié)。在正向?qū)〞r，半導體中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子復合，釋放出的能量以光子或部分以光子的形式發(fā)射出來，大量的光子形成光子流，即發(fā)光。P2N結(jié)加反向電壓時，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。由于半導體材料的帶隙能量不同，不同半導體材料的LED可以發(fā)出不同顏色的光。 LED光源具有體積小、壽命長、耗電量小、反映速度快、顏色豐富、可平面封裝等特點，是一種環(huán)保節(jié)能的冷光源。由于LED有以上特點，所以被廣泛用于顯示和照明領域。 1965年，第一款商用LED （發(fā)紅光）問世，效率僅為0. 1 lm /W。1968 年， 由GaAsP 材料制作的LED效率已達到1 lm /W ，并且能發(fā)出紅、橙、黃色光。20世紀90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的Ga InN 兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。1998年，白光LED的開發(fā)成功標志著照明技術革命的到來。 1 白光LED的最新進展 06年12月，日本日亞化學工業(yè)發(fā)布正向電流為20 mA 時、發(fā)光效率達到150 lm /W 的白色LED，其發(fā)光效率達到了提高演色性后的熒光燈的約1. 7倍，為白熾燈的11. 5倍，甚至超過了普遍認為發(fā)光效率最高的高壓鈉燈。昭和電工集團（SDK）研究出一種制造氮化鎵（GaN）基及其他氮化物基優(yōu)質(zhì)復合半導體的新工藝，主要用于藍色和白色LED。2007年2月， Philip s Lumileds宣布LED外延技術（ ，基本解決白光大功率LED光效隨電流攀升而下降的問題，可令光效隨驅(qū)動電流的增加而增加。Cyberlux公司宣稱， 使用塑料材質(zhì)可讓白光LED的售價更低廉，這種技術既能顯著降低制造成本，照明亮度也優(yōu)于傳統(tǒng)白光LED。2007年3 月，首爾半導體（ SSC）推出3. 5萬小時、光通量96 lm的八角形2 W 單芯片Acriche，可直接插在110 V 或220 V交流電源上使用，無需AC /DC轉(zhuǎn)換器。SSC計劃到2008年Ariche光效提高到120 lm /W。 目前，LED芯片厚度只有0. 4 mm， LED的光引出技術也有很大進步。因此，帶LED的背光源逐步用于第三代手機、PDA、手提DVD、數(shù)字攝像機等小型顯示器。另外，汽車上的各種燈，如前后燈、側(cè)燈、前照燈、車內(nèi)照明燈及儀表盤顯示器，將全面進入開發(fā)應用。根據(jù)Strategies Un2limited的統(tǒng)計，日本大型車燈廠小系（Kohido）估算，到2008年所有的新車都會以LED作為車燈。 2 白光LED卡燈 國內(nèi)一家光電器件有限公司為日本帶工一款新的白光LED產(chǎn)品，名稱為“卡燈”，產(chǎn)品實物如圖1所示。這是白光LED的新應用，已申請專利。 
2. 1 LED卡燈的結(jié)構及原理 目前制造的LED卡燈多為小尺寸，發(fā)光部分面積從3. 81 cm （1. 5吋）到6. 0 cm （ 2. 4吋） 。結(jié)構分為框架、背光源模塊、閃爍電路、供電部分、開關五部分： （1）框架 框架用來安裝整合其他部分，使之成為一個整體，根據(jù)不同需要可以加工成不同幾何形狀，圖1中卡燈上為長方形。 （2）背光源模塊 背光源模塊是卡燈的最重要部分，決定卡燈的發(fā)光面積和發(fā)光質(zhì)量。背光源模塊又由LED燈、反射板、導光板、擴散板、遮光板、增透棱鏡和背光源框架組成。LED燈為發(fā)光源，導光板使幾個LED燈發(fā)出的光擴展到整個發(fā)光面，擴散板通過漫反射原理使發(fā)出的光更加均勻，增透棱鏡可以改變出射光線的角度，把更多光線聚集在正面觀看者的方向，遮光板用來控制發(fā)光面積和發(fā)光面形狀。 （3）閃爍電路 卡燈內(nèi)部安裝通常安裝閃爍電路，通過控制開關，調(diào)節(jié)卡燈的發(fā)光部分發(fā)出幾種不同模式的光。 普通的閃爍電路可以提供常亮、長間隔閃爍、快速閃爍三種模式。 （4）供電部分 LED的工作電壓在3 V左右，由于LED具有省電的特點，給卡燈供電的電源可以是鈕扣電池。由鈕扣電池供電的卡燈結(jié)構緊湊，可做成厚度較小的產(chǎn)品。也可以使用拆卸式可充電鋰電池，使用充電鋰電池的優(yōu)點為節(jié)約資源。若卡燈被經(jīng)常使用，用充電鋰電池結(jié)構更為合理。 （5）開關 用來連接電路和電源，調(diào)節(jié)卡燈開、關及發(fā)光模式。 2. 2 亮度測試 測試卡燈亮度采用多點輝度計（BM—7） ，BM—7有2°/1°/0. 2°/0. 1°等4個量測角度可切換，最小測量面積可達φ0. 1 mm。可測量亮度L、色度X、Y，三色值X、Y、Z，色溫、響應時間、對比度等。廣泛用于LCD、BLU、LCM等領域的量測，是液晶行業(yè)的標準。 3. 8 cm （1. 5吋）的卡燈有兩個白光LED，利用BM—7，對發(fā)光面積為3. 8 cm （ 1. 5吋）的卡燈進行亮度測試，亮度測試采用九點測試法。測試點位置如圖2所示。
選取5 個LED 背光，選用測試儀器TOPCONBM-7 ，測試距離為50 cm，測試條件是電流I = 20mA。測得9個點的亮度值如表1 （單位是cd /㎡） ：
2. 3 數(shù)據(jù)分析 均勻度R的計算公式為：
除去第四組，都超3 400 cd /m2。而通常亮度超過200 cd /m2就可以很好滿足應用了。 為直觀對比各測試點的亮度大小，每個點取五個亮度平均值，制成三維曲面圖如圖3所示，其中水平面的橫軸和縱軸表示測量點的位置，用點的數(shù)字標號標注，垂直的數(shù)值軸表示9個點的亮度平均值，單位為cd /m2。 以上數(shù)據(jù)顯示，卡燈的亮度和均勻度都很好。 但是從圖3可以看出，發(fā)光面邊緣亮度高，中心亮度低，這點在以后需要改進。
2. 4 卡燈的應用 LED卡燈在日常生活中有很多應用。白光LED卡燈體積輕薄、環(huán)保，通常集成在其他商品結(jié)構中，在卡燈發(fā)光部分可附著半透明卡片（如名片、標簽、節(jié)日卡等） 。當卡燈點亮時，尤其是在黑暗處，卡片內(nèi)容會被突顯出來。除白色卡燈，已經(jīng)用紅、綠、黃色LED制作成彩色卡燈。禮品包裝盒裝上這種彩色卡燈，可以起到裝飾作用。另外，由于卡燈上裝有閃爍電路，閃爍的燈光能夠引起人們注意，所以卡燈也用在安全方面。 3 結(jié)束語 隨著100 lm /W級白光LED的開發(fā)成功，白光LED在顯示和照明方面應用的普及化進程中又向前邁進了一步，由白光LED制作的新器件也越來越多。歐盟已經(jīng)表示要在兩年內(nèi)用LED完全取代白熾燈，中國政府也啟動了綠色照明工程。可以肯定的是，隨著白光LED在汽車、顯示器背光源、照明電器中應用不斷增加，LED時代必將很快到來。 來源：電子工程網(wǎng) |
