led问答

光效（lm/W） 显色指数（Ra） 色温（K） 平均寿命（h） 价格（美元/lm） 耗电成本（美元/lm?h） 照明面发热量 量产技术 15 100 2800 1000 0.003 0.7 高 成熟 ⑴低效率高耗电 70-100 70-98 系列化 10000 0.002 0.2 中 成熟 30 70-85 4000-8000 50000 3.6 0.4 低 待改进 ⑴废弃汞蒸汽破⑴光效待提高 坏环保 ⑵散热技术尚待⑵灯管易碎 改进 存在问题 ⑵维护频 ⑶灯炮易碎 54．LED光源取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍和基本技术关键？

需克服哪些障碍和基本技术关键主要有以下几个方面： ⑴发光效率障碍

LED发出的光由于具有单色性，不需外加彩膜（滤光片），而白炽灯加彩膜后其有效发光效率仅为白炽灯原来光效的1/10，所以LED在交通灯、建筑装饰、汽车警灯等应用领域，由于其效率高、节省电能被广泛使用，正在逐步取代带彩色膜的白炽灯。然而照明光源多为白光，目前白光LED用于局部照明，节能效果有限。只有白光LED的发光效率远高于荧光灯达到150-200lm/W才会有明显的节能效果，因此LED光源取代传统光源的最大障碍是其发光效率。

⑵价格障碍

价格是LED光源取代传统光源需克服的另一障碍。目前LED光源的价格每流明高于0.1美元，是白炽灯价格的100多倍。美国Lumileds公司提出，在未来的几年内争取降至0.01-0.02美元/lm，即约折合人民币0.1元/lm，1支相当60W白炽灯的LED光源仍需支付60元人民币，计入性能价格比，虽然会被特殊应用所接受，但LED作为普通光源进入家庭，这样的价格还是一大障碍。

⑶功率LED制作技术

功率LED是实现白光照明取代传统照明光源的关键器件，其基本的关键技术包括：

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? 提高外延片内量子效率

优化外延片结构，改进外延生长工艺条件，使蓝光、紫光、紫外光外延片的内量子效率能够接近理论值95%。

? 提高大尺寸芯片的外量子效率

为了获得较大光能量需要采用大尺寸的功率型芯片，通过设计新型芯片结构和采用新工艺（如芯片倒装结构、ITO电极、表面粗化工艺、表面纹理结构、晶片键合工艺等），使蓝光、紫光、紫外光芯片的外量子效率达到50%以上。

? 提高封装的取光效率

优化和改进封装的光学、热学和可靠性设计和工艺（如反射杯、透镜、散热通路、共晶焊接、柔性胶灌封等），使封装的取光效率能够与芯片的外量子效率接近。

⑷荧光粉的制作和涂敷技术 ? 高性能荧光粉的制造技术

荧光粉是LED实现白光照明的关键材料，需要尽快研制出效率高、显色性好、性能稳定的荧光粉。蓝光激发的黄色荧光粉目前虽能满足白光LED产品的要求，但还需提高效率、降低粒度，制备出球形的荧光粉；在“蓝光+绿色荧光粉+红色荧光粉”的结构中，红色荧光粉的效率需要有较大的提高；在“紫外和紫外LED+三基色荧光粉”的结构中，三种荧光粉都需要有较大的提高，其中红色荧光粉目前效率最低，还有待于找到一种效率足够高的材料。

? 荧光粉的涂敷工艺技术

荧光粉的涂敷工艺通常是将荧光粉用胶按一定比例调和成荧光胶，再用点胶机将其涂到LED芯片上，通过优化工艺参数如荧光粉与胶的配比、荧光粉激发波长与LED芯片峰值波长的匹配、荧光胶的流动性及涂敷厚度等，使白光LED的色温、显色指数、流明效率等参数受控，作出符合应用要求和一致性好的白光LED产品。

55．白光LED的光谱与单色光（红、黄、蓝、紫等）的光谱有些什么区别？

单色光的光谱为单一波峰，特性是以峰值波长（或主波长）及光谱半宽度来表示的，而白光LED的光谱由多种（红、绿、蓝）单色光谱合成，其光谱曲线显现出多个不同幅度的波峰，其特性是以色度图中色坐标的色温来表示，这就是二者的区别，如图55-1和图55-2所示。

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56．为什么用太阳能电池与白光LED组合的照明系统被称为“真正的绿色照明”系统？

所谓“绿色照明系统”就是使用高效率、长寿命、高可靠无害物质污染环境的照明光源和再生能源的照明系统。因为：

⑴白光LED具有体积小、重量轻、工作电压低、长寿命、高可靠等优点，而且它将比普通光源效率更高、更省电，并且它不含有汞、铅等对环境有害物质。

⑵太阳能是最典型的“绿色”能源之一，它是人类取之不尽、用之不竭的清洁能源。根据半导体光生伏特效应制成的太阳能电池即光生伏特电池，由这种太阳能电池组件与储能装置、控制装置配套构成太阳能供电系统。它具有不消耗常规能源、寿命长、维护简单、使用方便、无污染等优点。白天阳光照射到太阳能电池板组件上产生电流，经由充电控制器流入蓄电池，夜间充电器自动切断充电，接通蓄电池提供电能给白光LED使其发光实现照明。

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因此用太阳能电池与白光LED组合的照明系统属于“真正的绿色照明”系统。 57．何谓LED的伏安特性？LED的电功率是如何计算的？

LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，因此其电压-电流之间的相互作用关系，一般称为伏特（电压V）和安培（电流A）特性（简称V-I特性）与普通二极管类同，它们均遵循PN结整流方程，即有下式近似表示的关系：

IF=IF（0）eqVF/KT (57-1)

式中：IF（0）为反向饱和电流（又称起始电流） q为电子电荷量

K为玻尔兹曼常数 T为绝对温度

（57-1）式可看出，IF与VF呈指数关系，这是LED的正向V-I关系，即施加在LED PN结上的电压是正向电压即N型端加负电压，P型端加正电压。

当在LED PN结上施加反向电压VB时，在VB较低时，流过LED PN结的电流很微弱，几乎为零，这时流过PN的电流IF（0）称为反向饱和电流。但当VB增加到一定值时，流过LED PN结的电流会急剧增加，产生所谓的齐纳电流或雪崩电流，此时即使微小的△VB将会导致PN结电流无限制增加直至烧毁LED的PN结。我们称这个电压为LED的击穿电压。图57-1是LED电压-电流即伏安特性的示意图。在第一象限的曲线正向特性区，在第Ⅲ象限的曲线为反向特性区。在LED的正向特性区，V-I曲线的斜率称为LED的跨导，即式（57-1）对VF的求导：

59．什么是LED的内量子效率？不同的发光波长，假定内量子效率达100%，其电-光效率有何不同？

从理论上讲，当我们在LED的PN结上施加正向电压时，PN结会有电流流过。如前所述，电子和空穴在PN结过渡层中复合会产生光子，然而并不是每一对电子-空穴对复合的载流子都会产生光子，由于LED的PN结作为杂质半导体，存在着因材料品质缺陷，位错等因素，以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、本征激发散射和晶格散射等问题，使电子从激发态跃迁到基态时会与晶格电子或离子交换能量而产生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内，于是就有一个复合载流子转换成光子的转换效率问题存在。可以用（59-1）表示这一转换效率，并用符号ηint表示。

ηint=（复合载流子产生的光子数/复合载流子总数）3100% （59-1）

当我们无法支计数式（59-1）中的复合载流子总数和产生的光子总数。一般是通过测量LED输出的光功率来评价这一效率，这个效率ηint就称为内量子效率。

当然，提高内量子效率要从LED的制造材料，PN结外延生长工艺以及LED发光层的

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