简述LED照明发展过程

在市场需求与技术进步的推动之下，LED经历了一段辉煌的历史。第一批产品出现于1968年，Monsanto公司将其作为指示灯泡，Hewlett-Packard公司则首次用于电子显示设备。早期产品是GaAsPLED,性能相当差，工作电流20mA光能量只有千分之几流明。相应的发光效率为0.1lm/w。而且只有一种光色——650nm的红色光。七十年代上半期技术进步很快，发光效率达到1lm/w。颜色也扩大到红色、绿色和黄色。八十年代GaALAS LED的红光效率提高到10lm/w。

20世纪90年代初期，惠普公司光电部、Lumi-Leds Lighting公司和松下公司的工程师们就已经掌握了如何用金属有机化学汽相沉积法在GaAs衬底上外延生长AllnGaP的工艺，AllnGaP材料在可见光谱区产生红光和橙光。合金有序化、受主原子的氢钝化、p-n结排列，以及把氧掺入含铝器件层都是相光复杂的，这些问题耗费了近10年时间才得以解决。最终实现了内量子效率接近100%的AIInGaP发光二极管。几乎每个注入到器件中的电子空穴对都产生一个光子，因此如何使在半导体发光二极管内形成的光子到达二极管外就成了一种挑战。首先是如何防止光被窄带隙（0.87nm）GaAs衬低吸收。研究人员曾经尝 试过在布喇格反射镜的外延结构中掺杂并在GaP衬底上直接生长的技术。但是最成功的还是通过蚀刻法强力除去GaAs衬底，采用芯片接合法取代GaP的技术。采用该技术研制的发光器悠扬的发光效率为25lm/W，几乎是带红色滤光的灯泡发光效率的10倍。每支发光二极管的光通量为几个lm，由它们组成的发光二极管阵列首先被制成了汽车上的停车灯、红色交通信号灯以及单色室外信号标志。然而光通量为3lm时，发光二极管的庆用仍很有限。

继AIInGaP的发展后，Nichia化学公司（日本德岛）和名古屋大学（日本名古屋市）的研究人员掌握了使用金属　　有机化学汽相沉积技术在蓝宝石衬底上外延生长AIInGaN的复杂工艺。AIInGaN材料的带隙比AIInGaP的宽，可以覆盖高能量的蓝光和绿光波段。合金有序化、受主原子的氢钝化、p-n结排列，以及把氧掺入含铝器件层再次成为相当复杂的问题。AIInGaN材料系并不像AIInGaP材料系那样为人们所熟悉。AIInGaN绿光元件在标准的工作电流下内量子效率停留在40%～50%，而蓝光器件的内量子效率为60%～80%。通过利用透明的蓝宝石衬底，以及人眼对绿光比对蓝光或红光更敏感的特点，人们已经制造出几个流明的绿光LED。这种LED和红光AIInGaP发光二极管、近流明级的蓝光LED组合起来，就可完全由固体光源制作大型全色信号标志。蓝光AIInGaN发光二极管产生的光子和荧光粉的发光将一部分蓝光光子转变为其互补色--黄色。人眼看到这种蓝光和黄光的混合是一种不鲜明的白色。

Lumileds Lighting 公司在Philips Lighting（新泽西州Somerset）公司的技术指导下生产了一系列大功率LED，显示了照明业的潜力。在12W输入功率下，Lumileds公司生产的Luxeon型器件工作的功率电平比传统的5mm指示灯LED高20倍，发光效率高出50%，寿命可达几万小时。目前市场上出售的器件不仅有红光和橙光AIInGaP LED，而且还有绿光、蓝光和白光AIInGaN LED。封装的热敏电阻由指示灯LED的300Ω/W降到15Ω/W以下。热敏感电阻的降低使工程技术人员将20倍能量泵浦到器件中，获得输出为55lm红光、30lm绿光、10lm蓝光或荧光粉转换蓝光器件用的25lm的白光。焉代产品将是给出110lm白光的5W封装的单管，这种光输出和15W白炽灯的光输出相当，而封装体积仅相当于白炽灯的1%，功耗仅为1/3。12个110lm的器件足以制成一只用于汽车用的前灯。这种前灯并非传统的6V汽车前灯，而是冷光蓝色高强度等效放电的超亮度前灯。每只单色绿光5W LED的光通量超过130lm。两只这样的光源即可以替代传统的8in～12in150W交通信号灯，可节约90%的能源。由红光、绿光、蓝光组合的这些光源的发光效率可与注解晶显示屏电视机和监视器的背照明应用的冷阴极荧光灯相比，而且具有体积小和窄谱带光色的特点。随着发光二极管技术的持续发展。固体照明无疑将应用于更广泛的领域，并将继续对传统的照明光源提出挑战。

发光二极管有很多优点，其寿命可达几万小时，虽然不是很精致但是对环境有益。其体积小，允许用辅助光学器件灵活地控制光束。实际应用的照明设备，如照亮写字台、屏幕或房间的光源不仅要求高发光效率和长的使用寿命，还要具有很高的光通量和合更换价格。一只60W的白炽灯光发出900lm的白光，是典型的荧光粉转换白光（指示灯）发光二极管（PC LED）光能量的300倍。每流明的成本只是其一部分，关键是设计并装配出能在比正常输入功率高出1～2个量级的功率下工作的发光二极管器件，并且使这些LED与传统的指示灯LED具有同样高的效率及稳定性。