高亮度发光二极管HBLED.docx

1、高亮度发光二极管 HBLED高亮度发光二极管（简称 HBLED）凭借其高效率、长寿命和色彩丰富等特性正快速发展。这些特性使得 HBLED 广泛应用于诸如建筑照明、汽车照明、医疗设备、军用系统甚至普通照明领域中。随着HBLED 价格进一步的降低、效率不断的提高，市场对这类器件的需求将会更快的增长，但是这需要更先进的测试方法和仪器。目录 HBLED 使用材料 HBLED 的优点 基于太阳能的 HBLED 照明HBLED 使用材料 HBLED 采用多种材料制成，具有更复杂的半导体结构（如图所示）。这些混合结，即异质结，是采用多种 III-V 族材料（例如 AlGaN）构成的。这些结构通过电荷的复合能

2、够优化光子的产生。采用这类结构再结合更先进的光提取（lightextraction ）技术，HBLED 的光强输出范围可从几百到几千 mcd。要达到这一水平，HBLED 可能需要 4V 以上的正偏电压和 1A 的电流 。这种高电流源需要在 PN结之间设置电子阻塞层，以增大辐射复合率，并减少结的自热（I2R）。此外，HBLED 的管壳必须能够散发更多的热量，保持 LED 的结温处于合适的大小（一般情况下低于 120C）。要想实现更有效的热传输，管壳可以利用电流分布层以及更可靠的键合线技术来实现。由于具有这些额外的特性，HBLED 的生产过程并不容易。当前，由于工艺问题导致点阵匹配不佳，HBLED

3、 的生产晶圆有大量的缺陷，必须通过测试来剔除掉。复杂的封装以及生产过程中大量昂贵的附加工序大大增加了产品成本。因此，一个用于专业照明应用的顶级 HBLED 价格可能高达$30。HBLED 的优点 HBLED 除了明显的效率优点和寿命优点以外，还有其它的优点，并对非传统照明应用很有吸引力。例如，它们有狭窄的光谱，因此最适合用作胆红素灯。胆红素是一种红黄色的有机物，源自红血球解体所产生的血红蛋白。过高胆红素会造成高胆红素血症，症状为黄疸，即巩膜(即“眼白 ”)和体液等组织呈黄色。虽然一般不必担心低水平的胆红素，但大量胆红素会循环至大脑组织，可能造成新生儿癫痫和大脑损坏。所幸，光疗通常对此种病症有效

4、果，因为胆红素会吸收蓝光，分解为水溶形式而排出体外(图)。458nm462nm 区域中的窄带蓝光最有效。过去，胆红素治疗光线都采用定制的蓝色荧光灯管和彩色过滤器。但是，荧光灯的光谱相对较宽。尽管其分布中心位于所需波长上，但光谱分布在两端下降，表示能破坏胆红素的光能量下降，因此治疗时间将延长。与之相比，蓝光 LED 胆红素光源可以有正确的频率，几乎不浪费光能量。另外，LED 的胆红素光源有机械稳定特性，更长的寿命，也比荧光设备低廉。在未来，光线疗法将能通过“发光服 ”提供光照，提供比光箱更有效的治疗方法。基于太阳能的 HBLED 照明 过去十五年，能源需求增长了十倍，能源成本上涨了四倍。断电和限

5、电情况已经出现在美国和其他一些国家，并且随着能源需求的增长和能源生产的不能维击，这一情形会继续恶化。根据北美 Electric Reliability Corp 的最新报告，预计未来十年，仅美国的电力需求就将增长 141,000 兆瓦，而同期已经确认的新资源只有 57,000 兆瓦。这样就产生了 84，000 兆瓦的缺口，相当于 160 座大型发电厂的发电总量。根据美国能源资讯局的报告，发电（大部分为照明应用提供电源）制造了 37%的温室气体，因此，我们应开始寻找替代能源资源，如太阳能。太阳能是一种绿色技术，并且成本没有水电、地热或核子能源发电那么高。在 21 世纪，发展中国家高达 3 亿家庭

6、缺少充足照明。原因可能各不相同，但可能都包括购买力（成本太高）、缺乏基础设施、供需不平衡。众多家庭使用自制的煤油灯和蜡烛进行照明，这些错暗的、黄色的、冒着黑烟的光源危害性非常大，并且不环保。从长期来看，它们的费用要比明亮的、白色的、以太阳能为动力的高亮度发光二极管（HBLED）光源更昂贵。图 1 LED 效率（LUMEN/瓦）1、为什么选择 HBLED 进行照明（1）寿命更长LED 的生命比其他任何光源都长，在很多应用中的使用寿命都超过十年。它们包含类似于最新微处理器中采用的固状技术，这种固状设备没有移动部件，没有易脆玻璃环境、没有水银、没有有害气体、没有灯丝。没有任何可以断开、破裂、粉碎、露

7、或污染的东西。与典型的传统光源不同的是，LED 不会出现突然故障或烧掉。 LED 光源不会在任何时间突然停止工作，只是LED 性能会随着时间的推移逐渐下降。据预测，大多数 LED 在运行 5 万个小时后的平均亮度仍有最初亮度的 70%。比如在光源每年 365 天每天使用 12 小时的应用环境中，使用时间超过十一年的系统只有初始亮度输出的 30%衰减（70%的光通维持率）。（2）降低维护成本由于基于 LED 的光源的持续使用时间是常规光源的十倍，不需要频繁更换，因此降低甚至消除了日常维护成本和定期更换费用。这在关键的、调制照明应用中尤其重要，例如浮标、信标灯、应急出口照明、备份照明和安全照明，它

8、们通常都需要定期灯泡更换。（3）能效更高图 2 基于太阳能的 LED 照明LED 光源比白炽灯和大多数四角钨灯源的效率更高。白色 LED 每瓦能提供 20 多个光通量单位，预计未来将达到每瓦 50 多个光通一单位。当选择大态照明作为替代照明时，必须考虑系统级的总体优势。例如，由于每瓦的出众光通量性能，楼宇照明系统中采用的 LED 要比与竞争光源每小时消耗的能源更少，这使得它们更环境友好、更经济高效。（4）LED 的优点LED 的优点主要体现在：可靠（10 万个小时）：维持成本降低能效更高：绿色的、经济高效的解决方案即时开启和安全可调光，无颜色变化：脉宽调制（PWM）控制没有水银：符合环境规定低

9、压 DC 操作：不需要高压连接2、以太阳能为动力的 LED 照明工作原理图 2 是一个阐释基于太阳能的 LED 照明实施的结构图。太阳能面板将太阳能转换成电压，然后储存在电池中。带有两通道、16 位元计时器的飞思卡尔 8 位 HCS08QG4/8MCU 被用于电池充电和监视，驱动 LED。PWM 用于电池充电，ADC 有于监视电池电压。如果电压下降到满充的 50%。目的是为了提供更长持续时间的照明，即使亮度减少。如果电池电压降到 10%，MCU 将关闭 LED，确保电池不会完全耗尽。3、选择正确的微控制器在选择以太阳能为动力的 LED 应用的 MCU 时，有多种备选方案。 HCS08QG4/8

10、 器件以极有竞争力的价格，出色地将所需功能组合在一起。MC9S08QG8/4 将飞思卡尔 HCS08 内核的优势扩展到低管脚数、小封装选件。QG 器件是低压器件，其片上在线闪存可编程电压低至 1.8V。它包括 HCS08MCU 的所有标准特性，如等待模式、多停止模式、强大模拟功能、一整套串列模块、温度传感器和强大内存选件。4、应用以太阳能为动力的 HBLED 照明可以用于街道照明、家庭照明、应急灯和乡村照明。交通信号灯在大多数城市尽夜开启，街道照明在一天中的大部分时间开启。使用 HBLED技术代替传统卤素灯和节能灯（CFL）的解决方案能够在能耗和维护成本方面实现巨大节省。国际金融公司（IFC）

11、是世界银行集团的 “照亮金字塔的土地”工程的私营投资机构，计划向全世界还没有连接到电网的 16 亿人销售以太阳能为动力的 LED 照明系统。由于缺乏电气照明，他们中的很多人及其企业改为依靠碳燃料（如煤油）来满足他们的照明需求。通过在这些地点使用太阳能和 LED 照明，我们可以减少与矿物燃料燃烧有关的健康危害和温室气体排放。5、结论2006 年，中国是全球第二大电力消费国，总共消耗了 24,750 亿千瓦时的电力，其中12%用于照明。到 2020 年，如果 LED 效率达到 150lm/W，即使是只渗透 30%的中国市场，每年的能源节省就能达到 2,000 亿千瓦时。因此，LED 照明技术是影响深远的、可量化的、可节省能源和成本的替代照明方案，为各种照明应用提供了低维护成本解决方案。由于使用的电要比很多传统照明方法少很多，LED 还能通过减少发电及其相应的温室气体排放，寿命改善环境。