超高亮度LED的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用分析

3 超高亮度LED的應(yīng)用

3.1 信息指示燈

3.1.1 汽車(chē)信號(hào)指示

汽車(chē)指示燈在車(chē)的外部主要是方向燈、尾燈和剎車(chē)燈；在車(chē)的內(nèi)部主要是各種儀表的照明和顯示。超高亮度LED用于汽車(chē)指示燈，與傳統(tǒng)的白熾燈相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的市場(chǎng)。LED 能夠經(jīng)受較強(qiáng)的機(jī)械沖擊和震動(dòng)。平均工作壽命（MTBF）比白熾燈泡高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出汽車(chē)本身的工作壽命，因此LED剎車(chē)燈可封裝成一個(gè)整體，而不必考慮維修。透明襯底AlGaAs和AlInGaP LED與帶有濾光片的白熾燈泡相比具有相當(dāng)高的流明效率，這樣，LED剎車(chē)燈和方向燈就能夠在較低的驅(qū)動(dòng)電流下工作，典型的驅(qū)動(dòng)電流只有白熾燈的1/4。較低的功率還可降低汽車(chē)內(nèi)部線(xiàn)路系統(tǒng)的體積和重量，同時(shí)還可減小集成化的LED信號(hào)燈的內(nèi)部溫升，允許透鏡和外罩使用耐溫性能較低的塑料。LED剎車(chē)燈的響應(yīng)時(shí)間為100ns，比白熾燈的響應(yīng)時(shí)間短，這樣便給司機(jī)留下了更多的反應(yīng)時(shí)間，從而提高了行車(chē)的安全保證。汽車(chē)的外部指示燈的照度及顏色均有明確規(guī)定。汽車(chē)的內(nèi)部照明顯示雖不像外部信號(hào)燈那樣受到政府有關(guān)部門(mén)的控制，但汽車(chē)的制造者對(duì)LED的顏色及照明度有要求。GaP LED早已用于車(chē)內(nèi)，超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在顏色和照明度上可滿(mǎn)足制造者的要求，因而將更多地取代車(chē)內(nèi)白熾燈。從價(jià)格上看，盡管LED燈與白熾燈相比還是較貴的，但從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，二者的價(jià)格并沒(méi)有明顯的差別。隨著超高亮度TSAlGaAs和AlGaInP LED實(shí)用化的發(fā)展，最近幾年價(jià)格一直在不斷降低，今后降低的幅度還會(huì)更大。

3.1.2 交通信號(hào)指示

用超高亮度LED取代白熾燈，用于交通信號(hào)燈、警示燈、標(biāo)志燈現(xiàn)已遍及世界各地，市場(chǎng)廣闊，需求量增長(zhǎng)很快。根據(jù)美國(guó)交通部門(mén) 1994年的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)安裝交通信號(hào)燈的十字路口有26萬(wàn)個(gè)，每個(gè)十字路口至少要有12個(gè)紅色、黃色、藍(lán)綠色信號(hào)燈。許多十字路口還有一些附加的轉(zhuǎn)變標(biāo)志和跨越馬路的人行橫道警示燈。這樣，每個(gè)十字路口可能有20個(gè)信號(hào)燈，而且要同時(shí)發(fā)光。由此可推算出美國(guó)全國(guó)約有1.35億個(gè)交通信號(hào)燈。目前采用超高亮度LED取代傳統(tǒng)的白熾燈降低電力損耗已取得明顯效果。每年在交通信號(hào)燈上的耗電量約為100萬(wàn)千瓦，采用超高亮度LED取代白熾燈后，其耗電量?jī)H為原來(lái)的12％。

對(duì)交通信號(hào)燈，每個(gè)國(guó)家的主管部門(mén)都要制定相應(yīng)的規(guī)范，規(guī)定信號(hào)的顏色、最低的照明強(qiáng)度，光束空間分布的圖樣以及對(duì)安裝環(huán)境的要求等。盡管這些要求是按白熾燈編寫(xiě)的，但對(duì)目前采用的超高亮度LED交通信號(hào)燈基本上是適用的。

LED交通信號(hào)燈與白熾燈相比，工作壽命較長(zhǎng)，一般可達(dá)到10年，考慮到戶(hù)外惡劣環(huán)境的影響，預(yù)計(jì)壽命要減少到5年～6年。目前超高亮度AlGaInP紅、橙、黃色LED已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格也比較便宜，若用紅色超高亮度LED組成的模塊取代傳統(tǒng)的紅色白熾交通信號(hào)燈頭則可將因紅色白熾燈突然失效給安全造成的影響降低到最低程度。一般LED交通信號(hào)模塊由若干組串聯(lián)的LED單燈組成，以12英寸的紅色LED交通信號(hào)模塊為例，在3組～9組串聯(lián)的LED單燈，每組串聯(lián)的LED單燈數(shù)為70個(gè)～75個(gè)（總數(shù)為210個(gè)～675個(gè)LED單燈），當(dāng)有一個(gè)LED單燈失效時(shí)，只會(huì)影響一組信號(hào)，其余各組減小到原來(lái)的2/3（67％）或8/9（89％），并不會(huì)像白熾燈那樣使整個(gè)信號(hào)燈頭失效。

LED交通信號(hào)模塊存在的主要問(wèn)題是造價(jià)仍然顯得高些，以12英寸的TS－AlGaAs紅色LED交通信號(hào)模塊為例，最早應(yīng)用于1994年，其造價(jià)為350＄，而到1996年，性能更好的12英寸的AlGaInP LED交通信號(hào)模塊，造價(jià)為200＄。預(yù)計(jì)不會(huì)很久，InGaN藍(lán)綠色LED交通信號(hào)模塊的價(jià)格將可與AlGaInP相比。白熾交通信號(hào)燈頭的造價(jià)雖低，但耗電量大，一個(gè)直徑為12英寸的白熾交通信號(hào)燈頭的耗電量為150W，橫過(guò)馬路人行道的交通警示燈的耗電量為67W，據(jù)計(jì)算，每個(gè)十字路口的白熾信號(hào)燈每年的耗電量為18133kWh，折合每年的電費(fèi)為1450＄；然而，LED交通信號(hào)模塊非常省電，每個(gè)8英寸～12英寸的紅色LED交通信號(hào)模塊的耗電量分別為15W和20W，十字路口拐彎處的LED標(biāo)志可用箭頭開(kāi)關(guān)顯示，耗電量?jī)H有9W，據(jù)計(jì)算，每個(gè)十字路口每年可省電9916kWh，相當(dāng)每年節(jié)省電費(fèi)793＄。按每個(gè)LED交通信號(hào)模塊的平均造價(jià)為200＄計(jì)，紅色LED交通信號(hào)模塊僅用其節(jié)省的電費(fèi)，3年后即可收回最初的成本造價(jià)，并開(kāi)始不斷得到經(jīng)濟(jì)回報(bào)。因此目前使用AlGaInP LED交通信息模塊，盡管造價(jià)顯得高些，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，還是合算的。 3.2 大屏幕顯示

大屏幕顯示是超高亮度LED應(yīng)用的另一個(gè)巨大市場(chǎng)，包括圖形、文字、數(shù)字的單色、雙色和全色顯示。傳統(tǒng)的大屏幕有源顯示一般采用白熾燈、光纖、陰極射線(xiàn)管等；無(wú)源顯示一般采用翻牌的方法。LED顯示曾一直受到LED本身性能和顏色的限制。如今，超高亮度AlGaInP、TS－ AlGaAs、InGaN LED已能夠提供明亮的紅、黃、綠、藍(lán)各種顏色，可完全滿(mǎn)足全色大屏幕顯示的要求。LED顯示屏可按像素尺寸裝配成各種結(jié)構(gòu)，小像素直徑一般小于5mm，單色顯示的每個(gè)像素用一個(gè)T－1（3/4）的LED燈，雙色顯示的每個(gè)像素為雙色的T－1（3/4）的LED燈，全色顯示則需要3個(gè)T－1紅、綠、藍(lán)色燈，或者裝配一個(gè)多芯片的T－1（3/4）的LED燈作為一個(gè)像素。大像素則是通過(guò)把許多T－1（3/4）紅、綠、藍(lán)色LED燈組合在一起構(gòu)成的。用 InGaN(480nm)藍(lán)、InGaN(515nm)綠和AsAlGaAs(637nm)紅LED燈作為L(zhǎng)ED顯示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有較大的顏色范圍，包括藍(lán)綠、綠紅等，與國(guó)際電視系統(tǒng)委員會(huì)（NTSC）規(guī)定的電視顏色范圍基本相符。

3.3 液晶顯示（LCD）的背照明

在液晶顯示中至少有10％采用有源光作為背照明，光源可使LCD顯示屏在黑暗的環(huán)境下易讀，全色LCD顯示也需要光源。LCD背照明所需的光源主要有白熾燈泡、場(chǎng)致發(fā)光、冷陰極熒光、LED等，其中LED在LCD背照明中最有競(jìng)爭(zhēng)力，新型的超高亮度AlGaInP、AlGaAs、 InGaN LED可以提供高效率的發(fā)光和寬范圍的顏色。