白光LED的進(jìn)展及應用
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?、?、引 言
LED就是常說(shuō)的發(fā)光二極管，現在其中文名稱(chēng)似已被棄，幾乎人人都稱(chēng)之為LED了。LED及與之相應的固態(tài)照明（SSL）膾炙人口，已有時(shí)日，藍、綠、紅三色LED之用于大屏幕彩色顯示及交通訊號指示已有20多年歷史并取得了極大成功。近10年來(lái)LED在汽車(chē)尾燈以及其他幾乎所有信號指示方面都取得了輝煌的幾乎是壟斷性進(jìn)展。
在LED特別是白光LED的發(fā)展過(guò)程中其理論的或估計的發(fā)光效率和超常壽命令人神往，而美好的節能環(huán)保照明前景不僅使專(zhuān)家們如醉如癡地執著(zhù)探求，并引起了政府的重視和支持。目前發(fā)達國家的照明用電占發(fā)電總量的約13~14%，所耗費的能源及產(chǎn)生產(chǎn)的溫室氣體排放和其他污染是極為可觀(guān)的，如能在綠色照明方面有所進(jìn)展，對節能減排將會(huì )產(chǎn)生巨大成效。
上世紀90年代中葉白光LED嶄露頭角的初期，日本政府率先大力資助研究部門(mén)和工業(yè)界研發(fā)白光LED及照明，他們對此是極為敏感、明智而果斷的，因為日本國小民稠工業(yè)發(fā)達，資源貧乏。即使是國民經(jīng)濟總產(chǎn)值和資源消耗均為世界第一的美國也繼之采取了政府行為，對SSL給予大力的政策和財政支持，可見(jiàn)目前的巨大能源消耗和環(huán)保支出已使得如此富有的美國也難以承受。隨后歐美各國和我國都紛紛警覺(jué)并給予SSL以大力支持包括財政支持。
專(zhuān)家們和工業(yè)界的努力加上政府的支持，在上世紀90年代末期白光LED的研發(fā)進(jìn)入高峰，并確實(shí)取得了不少成績(jì)，但同時(shí)把SSL看成是一種商機的各色人等則乘機炒作，使之變得十分狂熱，什么21世紀初LED必將大比例全面取代白熾燈、節能燈及其他常規照明光源。2006年的全國電光源會(huì )議上某海歸博士“LED專(zhuān)家”聲稱(chēng)“2010年LED必將全面取代緊湊型熒光燈……”，他的高論遭到無(wú)盡的質(zhì)疑。
SSL是一個(gè)系統工程，白光LED的照明前景是無(wú)庸置疑的，很多白光LED的開(kāi)拓者正在為此付出辛勤勞動(dòng)，并且正在一個(gè)一個(gè)地解決尚待解決的問(wèn)題，使得白光LED離直接大規模用于常規照明的距離愈來(lái)愈近了。彩色LED的發(fā)展已臻完備，無(wú)論發(fā)光效率，壽命以及實(shí)際應用已甚為普及，在使用中顯示出了它的優(yōu)越性能。
白光LED的發(fā)展也已取得很大進(jìn)展，但其照明應用仍主要限于臺燈、手電筒之類(lèi)小范圍局部照明，白光LED的樣板照明工程包括室內甚至道路照明，數年前就已經(jīng)涌現，目前我國很多城市的光伏照明樣板工程中都已采用了白光LED，而且呼聲最高，但是實(shí)際照明效果并不理想，其主要原因是：白光LED的單燈功率太小， 光通量過(guò)低，為滿(mǎn)足照明要求必須采用大量LED組合，這樣不僅成本很高，燈光設計復雜，而且照度仍然不夠。再一個(gè)原因是白光LED運轉時(shí)其發(fā)光中心—p-n結溫度很高，如所周知任何半導體發(fā)光器件在p-n結溫度升高時(shí)阻抗降低發(fā)光特性也將變化，發(fā)光效率也會(huì )降低，加以在高溫長(cháng)期烘烤下熒光粉光衰較快，數個(gè)月后白光LED輻射的光通量將大幅下降，照度相應降低，光線(xiàn)昏暗，達不到設計要求。
數年前的汽車(chē)展覽會(huì )上已展出了采用白光LED作前大燈的概念車(chē)，此后也出現了少量以白光LED作前大燈的樣板轎車(chē)。所有這些樣板工程和樣板車(chē)不僅給人們展示了這種可能，而且證明了其前景和未來(lái)的現實(shí)性，并因此激勵同行們矢志不渝地去努力實(shí)現這一宏大而光輝的目標。但是在展示了SSL如此美好前景的同時(shí)我們必須慎重而冷靜地加以對待，我們應當認識到所有這些還不是目前的實(shí)際，還不能大面積推廣。
?、?LED的發(fā)光原理
如所周知LED就是發(fā)光二極管，是由某些種類(lèi)半導體發(fā)光材料摻雜使之成為n型（負型或電子型）和p型（正型或空穴型）半導體Fig.1（a），二種半導體的交界面上形成阻擋層（p-n結），其能帶結構和p-n結勢壘圖示如Fig.1（b）。
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