基于白光LED的一種新型光電器件―卡燈
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摘 要 隨著100 lm /W級白光LED的開發成功,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,測試結果為平均亮度大于3 400 cd /m2 ,均勻度超過85 %。 LED 是light emitting diode (發光二極管)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。在正向導通時,半導體中的多數載流子和少數載流子復合,釋放出的能量以光子或部分以光子的形式發射出來,大量的光子形成光子流,即發光。P2N結加反向電壓時,少數載流子難以注入,故不發光。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,是一種環保節能的冷光源。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 ,并且能發出紅、橙、黃色光。20世紀90年代初,發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的Ga InN 兩種新材料的開發成功,使LED的光效得到大幅度的提高。1998年,白光LED的開發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,日本日亞化學工業發布正向電流為20 mA 時、發光效率達到150 lm /W 的白色LED,其發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質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,可令光效隨驅動電流的增加而增加。Cyberlux公司宣稱, 使用塑料材質可讓白光LED的售價更低廉,這種技術既能顯著降低制造成本,照明亮度也優于傳統白光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、數字攝像機等小型顯示器。另外,汽車上的各種燈,如前后燈、側燈、前照燈、車內照明燈及儀表盤顯示器,將全面進入開發應用。根據Strategies Un2limited的統計,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 國內一家光電器件有限公司為日本帶工一款新的白光LED產品,名稱為“卡燈”,產品實物如圖1所示。這是白光LED的新應用,已申請專利。 2. 1 LED卡燈的結構及原理 目前制造的LED卡燈多為小尺寸,發光部分面積從3. 81 cm (1. 5)到6. 0 cm ( 2. 4) 。結構分為框架、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,決定卡燈的發光面積和發光質量。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燈為發光源,導光板使幾個LED燈發出的光擴展到整個發光面,擴散板通過漫反射原理使發出的光更加均勻,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,遮光板用來控制發光面積和發光面形狀。 (3)閃爍電路 卡燈內部安裝通常安裝閃爍電路,通過控制開關,調節卡燈的發光部分發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構緊湊,可做成厚度較小的產品。也可以使用拆卸式可充電鋰電池,使用充電鋰電池的優點為節約資源。若卡燈被經常使用,用充電鋰電池結構更為合理。 (5)開關 用來連接電路和電源,調節卡燈開、關及發光模式。 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,是液晶行業的標準。 3. 8 cm (1. 5)的卡燈有兩個白光LED,利用BM—7,對發光面積為3. 8 cm ( 1. 5)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。
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