白光LED卡燈是怎樣工作的

LED 是light emitting diode （發光二極管）的縮寫，是一種由半導體技術制成的電光源。LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為P2N結。在正向導通時，半導體中的多數載流子和少數載流子復合，釋放出的能量以光子或部分以光子的形式發射出來，大量的光子形成光子流，即發光。P2N結加反向電壓時，少數載流子難以注入，故不發光。由于半導體材料的帶隙能量不同，不同半導體材料的LED可以發出不同顏色的光。

LED光源具有體積小、壽命長、耗電量小、反映速度快、顏色豐富、可平面封裝等特點，是一種環保節能的冷光源。由于LED有以上特點，所以被廣泛用于顯示和照明領域。

1965年，第一款商用LED （發紅光）問世，效率僅為0. 1 lm /W。1968 年， 由GaAsP 材料制作的LED效率已達到1 lm /W ，并且能發出紅、橙、黃色光。20世紀90年代初，發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的Ga InN 兩種新材料的開發成功，使LED的光效得到大幅度的提高。1998年，白光LED的開發成功標志著照明技術革命的到來。

1　白光LED的最新進展

06年12月，日本日亞化學工業發布正向電流為20 mA 時、發光效率達到150 lm /W 的白色LED，其發光效率達到了提高演色性后的熒光燈的約1. 7倍，為白熾燈的11. 5倍，甚至超過了普遍認為發光效率最高的高壓鈉燈。昭和電工集團（SDK）研究出一種制造氮化鎵（GaN）基及其他氮化物基優質復合半導體的新工藝，主要用于藍色和白色LED。2007年2月， Philip s Lumileds宣布LED外延技術（ ，基本解決白光大功率LED光效隨電流攀升而下降的問題，可令光效隨驅動電流的增加而增加。Cyberlux公司宣稱， 使用塑料材質可讓白光LED的售價更低廉，這種技術既能顯著降低制造成本，照明亮度也優于傳統白光LED。2007年3 月，首爾半導體（ SSC）推出3. 5萬小時、光通量96 lm的八角形2 W 單芯片Acriche，可直接插在110 V 或220 V交流電源上使用，無需AC /DC轉換器。SSC計劃到2008年Ariche光效提高到120 lm /W。

目前，LED芯片厚度只有0. 4 mm， LED的光引出技術也有很大進步。因此，帶LED的背光源逐步用于第三代手機、PDA、手提DVD、數字攝像機等小型顯示器。另外，汽車上的各種燈，如前后燈、側燈、前照燈、車內照明燈及儀表盤顯示器，將全面進入開發應用。根據Strategies Un2limited的統計，日本大型車燈廠小系（Kohido）估算，到2008年所有的新車都會以LED作為車燈。

2　白光LED卡燈

國內一家光電器件有限公司為日本帶工一款新的白光LED產品，名稱為“卡燈”，產品實物如圖1所示。這是白光LED的新應用，已申請專利。

2. 1　LED卡燈的結構及原理

目前制造的LED卡燈多為小尺寸，發光部分面積從3. 81 cm （1. 5吋）到6. 0 cm （ 2. 4吋） 。結構分為框架、背光源模塊、閃爍電路、供電部分、開關五部分：

（1）框架

框架用來安裝整合其他部分，使之成為一個整體，根據不同需要可以加工成不同幾何形狀，圖1中卡燈上為長方形。

（2）背光源模塊

背光源模塊是卡燈的最重要部分，決定卡燈的發光面積和發光質量。背光源模塊又由LED燈、反射板、導光板、擴散板、遮光板、增透棱鏡和背光源框架組成。LED燈為發光源，導光板使幾個LED燈發出的光擴展到整個發光面，擴散板通過漫反射原理使發出的光更加均勻，增透棱鏡可以改變出射光線的角度，把更多光線聚集在正面觀看者的方向，遮光板用來控制發光面積和發光面形狀。

（3）閃爍電路

卡燈內部安裝通常安裝閃爍電路，通過控制開關，調節卡燈的發光部分發出幾種不同模式的光。

普通的閃爍電路可以提供常亮、長間隔閃爍、快速閃爍三種模式。

（4）供電部分

LED的工作電壓在3 V左右，由于LED具有省電的特點，給卡燈供電的電源可以是鈕扣電池。由鈕扣電池供電的卡燈結構緊湊，可做成厚度較小的產品。也可以使用拆卸式可充電鋰電池，使用充電鋰電池的優點為節約資源。若卡燈被經常使用，用充電鋰電池結構更為合理。

（5）開關

用來連接電路和電源，調節卡燈開、關及發光模式。

2. 2　亮度測試

測試卡燈亮度采用多點輝度計（BM—7） ，BM—7有2°/1°/0. 2°/0. 1°等4個量測角度可切換，最小測量面積可達φ0. 1 mm?？蓽y量亮度L、色度X、Y，三色值X、Y、Z，色溫、響應時間、對比度等。廣泛用于LCD、BLU、LCM等領域的量測，是液晶行業的標準。

3. 8 cm （1. 5吋）的卡燈有兩個白光LED，利用BM—7，對發光面積為3. 8 cm （ 1. 5吋）的卡燈進行亮度測試，亮度測試采用九點測試法。測試點位置如圖2所示。

選取5 個LED 背光，選用測試儀器TOPCONBM-7 ，測試距離為50 cm，測試條件是電流I = 20mA。測得9個點的亮度值如表1 （單位是cd /㎡） ：

2. 3　數據分析

均勻度R的計算公式為：

由上面的公式計算出，五組背光有效發光部分的均勻度分別為92%、86%、93%、92%、88% ，其中最大均勻度已達到93%，最小值也有86%。所有均勻度都在85%以上，這說明卡燈等在光源均勻度方面已經很高。表格最后一項是每組9個點亮度的平均值，第四組數值較低，分析可能為安裝工藝原因。

除去第四組，都超3 400 cd /m2。而通常亮度超過200 cd /m2就可以很好滿足應用了。

為直觀對比各測試點的亮度大小，每個點取五個亮度平均值，制成三維曲面圖如圖3所示，其中水平面的橫軸和縱軸表示測量點的位置，用點的數字標號標注，垂直的數值軸表示9個點的亮度平均值，單位為cd /m2。

以上數據顯示，卡燈的亮度和均勻度都很好。

但是從圖3可以看出，發光面邊緣亮度高，中心亮度低，這點在以后需要改進。

2. 4　卡燈的應用

LED卡燈在日常生活中有很多應用。白光LED卡燈體積輕薄、環保，通常集成在其他商品結構中，在卡燈發光部分可附著半透明卡片（如名片、標簽、節日卡等） 。當卡燈點亮時，尤其是在黑暗處，卡片內容會被突顯出來。除白色卡燈，已經用紅、綠、黃色LED制作成彩色卡燈。禮品包裝盒裝上這種彩色卡燈，可以起到裝飾作用。另外，由于卡燈上裝有閃爍電路，閃爍的燈光能夠引起人們注意，所以卡燈也用在安全方面。

3　結束語

隨著100 lm /W級白光LED的開發成功，白光LED在顯示和照明方面應用的普及化進程中又向前邁進了一步，由白光LED制作的新器件也越來越多。歐盟已經表示要在兩年內用LED完全取代白熾燈，中國政府也啟動了綠色照明工程?？梢钥隙ǖ氖?，隨著白光LED在汽車、顯示器背光源、照明電器中應用不斷增加，LED時代必將很快到來。

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