超高亮度LED的太陽能城市燈光系統

1 LED的發展歷程

　　LED發展到如今已有近40多年的歷史。第一批商業化的LED出現于己于1968年，盡管多年以來LED一直受到顏色和發光效率的限制，但由于GaP和GaAsPLED具有長壽命、高可靠、工作電流小、可與TTL、CMOS數字電路兼容等許多優點，因而受到使用者的青瞇，開始進入包括宇航、飛機、汽車、工業應用、通信等多種應用領域，到1996年LED在全世界的銷售額已達到幾十億美元。

　　近十年來，LED材料和器件工藝技術研究的前沿課題一直是超高亮度化、全色化。所謂超高亮度LED（UHB）是指發光強度達到或超過100mcd的LED，又稱坎德拉（cd）級LED。由于利用A1GaInP和InGaN做發光層，超高亮度LED的研制進展十分迅速，并達到常規材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P（λ=620nm）橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p（λ=590nm）黃色超高亮度LED實用化。同年，東芝公司研制InGaA1P（λ=573nm）黃綠色超高亮度LED，法向光強達2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN（λ=450nm）藍（綠）色超高亮度LED。

　　至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的LED都達到了坎德拉級的發光強度，實現了超高亮度化、全色化，使發光管的戶外全色顯示成為現實。

　　通過技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術，使我國LED的生產技術已向前跨進了一步。我國臺灣地區是世界LED及管芯的主要產地，年產LED約40億只，產品品種規格齊全，性能達到或接近世界先進水平，所生產的管芯也大量出口日本等國。

　　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

　　超高亮度紅A1GaAsLED具有更高的發光效率，透明襯底（TS）A1GaAsLED（640nm）的流明效率已接近10lm/w，比紅色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的顏色與GaAsP-GaPLED相同，包括：綠黃色（560nm）、淺綠黃色（570nm）、黃色（585nm）、淺黃（590nm）、橙色（605nm）、淺紅（625nm）、深紅（640nm）。InGaAlPLED吸收襯底（AS）的流明效率為101m/w，透明襯底（TS）為201m/w，在590－626nm的波長范圍內比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10－20倍；在560－570的波長范圍內則比GaAsP-GaPLED高出2－4倍。超高亮度InGaNLED提供了蘭色光和綠色光，其波長范圍蘭色為450－480nm，蘭綠色為500nm，綠色為520nm；其流明效率為3－151m/w。

　　2.2 超高亮度LED與白熾燈的比較

　　目前，超高亮度LED的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈，某些品種發光亮度已高于1000mcd，可以取代功率1W以內的白熾燈，將LED組成陣列甚至可以取代功率150W以內的白熾燈。對于許多城市燈光系統應用，白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和蘭色，而用超高亮度LED則可直接得到相同的顏色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個（紅、蘭、綠）超高亮度LED芯片組合在一起，不用濾光片就能得到包括紅、橙、黃、綠、藍在內的七彩色，其發光效率目前均已超過白熾燈，正向熒光燈接近。此外，用超高亮度LED組成的彩色大屏幕可以表現天空和海洋，實現三維動畫。

　　新一代紅、綠、藍超高亮度LED達到了前所未有的性能。最近，日本日亞公司利用其InGaN藍光LED和熒光技術，新推出了白光固體發光器件產品，其色溫為6500K，效率達每瓦7.5流明。超高亮度LED的問世及其產業化，為太陽能燈光系統增添了新的活力。