白光LED的新应用--卡灯的结构和原理

　　摘　要　随着100 lm /W级白光LED的开发成功，白光LED在显示和照明方面应用普及化进程中又向前迈进了一步。主要介绍了白光LED的新应用———卡灯的结构和原理，及其在生活中的应用。并在电流为20 A的条件下，距离为50 mm处利用BM27对其亮度进行测试，测试结果为平均亮度大于3 400 cd /m2 ，均匀度超过85 %。
　　LED是light emitting diode （发光二极管）的缩写，是一种由半导体技术制成的电光源。LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P2N结。在正向导通时，半导体中的多数载流子和少数载流子复合，释放出的能量以光子或部分以光子的形式发射出来，大量的光子形成光子流，即发光。P2N结加反向电压时，少数载流子难以注入，故不发光。由于半导体材料的带隙能量不同，不同半导体材料的LED可以发出不同颜色的光。
　　LED光源具有体积小、寿命长、耗电量小、反映速度快、颜色丰富、可平面封装等特点，是一种环保节能的冷光源。由于LED有以上特点，所以被广泛用于显示和照明领域。
　　1965年，第一款商用LED （发红光）问世，效率仅为0. 1 lm /W。1968 年， 由GaAsP 材料制作的LED效率已达到1 lm /W ，并且能发出红、橙、黄色光。20世纪90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的Ga InN 两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。1998年，白光LED的开发成功标志着照明技术革命的到来。

　　1　白光LED的最新进展

　　06年12月，日本日亚化学工业发布正向电流为20 mA 时、发光效率达到150 lm /W 的白色LED，其发光效率达到了提高演色性后的荧光灯的约1. 7倍，为白炽灯的11. 5倍，甚至超过了普遍认为发光效率最高的高压钠灯。昭和电工集团（SDK）研究出一种制造氮化镓（GaN）基及其他氮化物基优质复合半导体的新工艺，主要用于蓝色和白色LED。2007年2月， Philip s Lumileds宣布LED外延技术（ ，基本解决白光大功率LED光效随电流攀升而下降的问题，可令光效随驱动电流的增加而增加。Cyberlux公司宣称， 使用塑料材质可让白光LED的售价更低廉，这种技术既能显著降低制造成本，照明亮度也优于传统白光LED。2007年3 月，首尔半导体（ SSC）推出3. 5万小时、光通量96 lm的八角形2 W 单芯片Acriche，可直接插在110 V 或220 V交流电源上使用，无需AC /DC转换器。SSC计划到2008年Ariche光效提高到120 lm /W。
　　目前，LED芯片厚度只有0. 4 mm， LED的光引出技术也有很大进步。因此，带LED的背光源逐步用于第三代手机、PDA、手提DVD、数字摄像机等小型显示器。另外，汽车上的各种灯，如前后灯、侧灯、前照灯、车内照明灯及仪表盘显示器，将全面进入开发应用。根据Strategies Un2limited的统计，日本大型车灯厂小系（Kohido）估算，到2008年所有的新车都会以LED作为车灯。

　　2　白光LED卡灯

　　国内一家光电器件有限公司为日本带工一款新的白光LED产品，名称为“卡灯”，产品实物如图1所示。这是白光LED的新应用，已申请专利。

　　

　　2. 1　LED卡灯的结构及原理
　　目前制造的LED卡灯多为小尺寸，发光部分面积从3. 81 cm （1. 5吋）到6. 0 cm （ 2. 4吋） 。结构分为框架、背光源模块、闪烁电路、供电部分、开关五部分：
　　（1）框架
　　框架用来安装整合其他部分，使之成为一个整体，根据不同需要可以加工成不同几何形状，图1中卡灯上为长方形。
　　（2）背光源模块
　　背光源模块是卡灯的最重要部分，决定卡灯的发光面积和发光质量。背光源模块又由LED灯、反射板、导光板、扩散板、遮光板、增透棱镜和背光源框架组成。LED灯为发光源，导光板使几个LED灯发出的光扩展到整个发光面，扩散板通过漫反射原理使发出的光更加均匀，增透棱镜可以改变出射光线的角度，把更多光线聚集在正面观看者的方向，遮光板用来控制发光面积和发光面形状。
　　（3）闪烁电路
　　卡灯内部安装通常安装闪烁电路，通过控制开关，调节卡灯的发光部分发出几种不同模式的光。
　　普通的闪烁电路可以提供常亮、长间隔闪烁、快速闪烁三种模式。
　　（4）供电部分
　　LED的工作电压在3 V左右，由于LED具有省电的特点，给卡灯供电的电源可以是钮扣电池。由钮扣电池供电的卡灯结构紧凑，可做成厚度较小的产品。也可以使用拆卸式可充电锂电池，使用充电锂电池的优点为节约资源。若卡灯被经常使用，用充电锂电池结构更为合理。
　　（5）开关
　　用来连接电路和电源，调节卡灯开、关及发光模式。
　　2. 2　亮度测试
　　测试卡灯亮度采用多点辉度计（BM—7） ，BM—7有2°/1°/0. 2°/0. 1°等4个量测角度可切换，最小测量面积可达φ0. 1 mm。可测量亮度L、色度X、Y，三色值X、Y、Z，色温、响应时间、对比度等。广泛用于LCD、BLU、LCM等领域的量测，是液晶行业的标准。
　　3. 8 cm （1. 5吋）的卡灯有两个白光LED，利用BM—7，对发光面积为3. 8 cm （ 1. 5吋）的卡灯进行亮度测试，亮度测试采用九点测试法。测试点位置如图2所示。