超高亮度LED的太阳能城市灯光系统

1 LED的发展历程

　　LED发展到如今已有近40多年的历史。第一批商业化的LED出现于己于1968年，尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但由于GaP和GaAsPLED具有长寿命、高可靠、工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点，因而受到使用者的青眯，开始进入包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信等多种应用领域，到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。

　　近十年来，LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题一直是超高亮度化、全色化。所谓超高亮度LED（UHB）是指发光强度达到或超过100mcd的LED，又称坎德拉（cd）级LED。由于利用A1GaInP和InGaN做发光层，超高亮度LED的研制进展十分迅速，并达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P（λ=620nm）橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p（λ=590nm）黄色超高亮度LED实用化。同年，东芝公司研制InGaA1P（λ=573nm）黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN（λ=450nm）蓝（绿）色超高亮度LED。

　　至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。

　　通过技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术，使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。我国台湾地区是世界LED及管芯的主要产地，年产LED约40亿只，产品品种规格齐全，性能达到或接近世界先进水平，所生产的管芯也大量出口日本等国。

　　2 超高亮度LED的基本性能

　　2.1 各色超高亮度LED的基本特性

　　超高亮度红A1GaAsLED具有更高的发光效率，透明衬底（TS）A1GaAsLED（640nm）的流明效率已接近10lm/w，比红色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的颜色与GaAsP-GaPLED相同，包括：绿黄色（560nm）、浅绿黄色（570nm）、黄色（585nm）、浅黄（590nm）、橙色（605nm）、浅红（625nm）、深红（640nm）。InGaAlPLED吸收衬底（AS）的流明效率为101m/w，透明衬底（TS）为201m/w，在590－626nm的波长范围内比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10－20倍；在560－570的波长范围内则比GaAsP-GaPLED高出2－4倍。超高亮度InGaNLED提供了兰色光和绿色光，其波长范围兰色为450－480nm，兰绿色为500nm，绿色为520nm；其流明效率为3－151m/w。

　　2.2 超高亮度LED与白炽灯的比较

　　目前，超高亮度LED的流明效率已超过了带滤光片的白炽灯，某些品种发光亮度已高于1000mcd，可以取代功率1W以内的白炽灯，将LED组成阵列甚至可以取代功率150W以内的白炽灯。对于许多城市灯光系统应用，白炽灯都是采用滤光片来得到红色、橙色、绿色和兰色，而用超高亮度LED则可直接得到相同的颜色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED将多个（红、兰、绿）超高亮度LED芯片组合在一起，不用滤光片就能得到包括红、橙、黄、绿、蓝在内的七彩色，其发光效率目前均已超过白炽灯，正向荧光灯接近。此外，用超高亮度LED组成的彩色大屏幕可以表现天空和海洋，实现三维动画。

　　新一代红、绿、蓝超高亮度LED达到了前所未有的性能。最近，日本日亚公司利用其InGaN蓝光LED和荧光技术，新推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K，效率达每瓦7.5流明。超高亮度LED的问世及其产业化，为太阳能灯光系统增添了新的活力。