随着科技的飞速发展,新一代节能高效环保型绿色光源—以氮化镓(GaN)为材料的白色发光二极管应运而生,使人们梦寐以求的理想变成了现实,成为继白炽灯、各类充气荧光灯、节能灯之后的一颗新星。
最早研制的发光二极管,只能发出红色的光,用作电子设备中的指示灯。之后研制出能发出黄色光、绿色光的发光二极管,用作交通信号灯。当蓝色发光二极管问世后,就为白色发光二极管的开发奠定了基础,继而开发出白色发光二极管。因红、黄、蓝三种光“混合”后,即产生出白光。蓝色发光二极管是由铝、铟和氮化合物制成,当发出的蓝光射到由铝、铟及磷化合物组成的结构层时,便产生橙色光,而橙色光与蓝色光混合后,人眼看见的就是白色光。
高亮度白色发光二极管(LED)是以半导体材料——氮化镓为基础的新型节能灯,其发光强度分别为荧光灯的4~6倍和白炽灯的15~30倍,可连续使用10万小时,其寿命比普通白炽灯泡约长100倍。耗电功率为3W、发光面积小于1cm\(^{2}\)的白色发光二极管,能发出相当于60W白炽灯泡发出的光强。可见,用白色发光二极管灯取代传统白炽灯泡,节电异常显著。
单芯片白色发光二极管,是一种含lnGaN活性层的GaN发光二极管,发光机理有两种:一种是结合蓝色LED和黄磷,通过蓝光及磷发射的黄光混合后产生白光; 另一种是通过紫外线发光二极管与红、蓝、绿磷的组合而产生白光。
白色发光二极管(LED)正向压降约为3.5V,额定电流为2~20mA,亮度为600mcd,其发光效率到2004年已由20lm/W提高到60lm/W,绝对优于白炽灯泡,接近于荧光灯发光效率60lm/W~100lm/W的水平,光通量为23lm。在全球能源紧缺,白色发光二极管具有省电优点的情况下,采用白色发光二极管灯已成必然趋势,它将逐步应用在商住楼宇的一般照明,交通、展示、广告、方向牌的照明及紧急照明。
目前,供一般照明用的白色发光二极管的转色分两种,一种以蓝色LED的光线为基本(类似荧光灯),其显色指数为75~80,费用较高;另一种是红绿蓝混色的LED,显色指数为50~55,费用较低。白色发光二极管的结构形式有两针式发光二极管、嵌于表面的发光二极管(SMD)和板面式晶片(COB)三种,其中COB发光二极管是将晶粒直接嵌在线路板上,在细小的范围内会更亮,在低温下寿命较长而且效率较高。因此,白色发光二极管应用于普通照明开拓潜力十分巨大。
目前,白色LED主要用于彩屏手机及彩屏PDA,一个彩屏LCD的均匀背光需3~4个或更多的白色LED,智能手机则需6个或更多的白色LED。由于白色LED的正向压降约为3.5V,与单节锂电池相近,当多个白色LED串联使用,保证流过每只白色LED的电流相同时,必须通过升压稳压器提升单节锂电池(2.7~4.2V)的工作电压来获得,称之为高效率白色LED驱动电路。单色/多色LED显示屏是由发光二极管点阵组成,多是因所需电流大、电流变化率高,而采用直流5V±10%的开关电源供电。
就当前国外LED厂商加紧开发适于普通照明大功率白色LED的现状来看,Nichia公司开发出大功率lnGaNLED,功率可达1W~2W,是现有LED的10倍,可见用于照明时,依其亮度(功率)的不同,需将若干个白光LED组合在一起。此时,若再采用白色LED驱动器(集成电路)或开关电源供电,仅成本人们就接受不了,笔者认为应在直接取用220V交流电源上下功夫,使驱动若干个白光LED的供电电路成本低廉,安装使用简便,才能为大众所接受。
笔者受人之托,已用物美价廉的普通发光二极管组合,做了直接从220V交流电源供电的简单试验,受益匪浅。相信有志者会打破戒规试验出点燃白光LED灯的最好驱动方案,使白色发光二极管灯尽早纳入人们的工作生活中,让百姓共享节能环保之乐。
文/杨国治