Первые красные, желтые и зеленые светодиоды с низкой светоотдачей GaP и GaAsP с гомопереходом в 1970-х годах применялись в индикаторных лампах, цифровых и текстовых дисплеях. С тех пор светодиоды начали проникать в различные области применения, включая аэрокосмическую, авиационную, автомобильную, промышленную, коммуникационную, потребительские товары и т. д., охватывая различные отрасли национальной экономики и тысячи домохозяйств. К 1996 году продажи светодиодов по всему миру достигли миллиардов долларов. Хотя светодиоды в течение многих лет были ограничены по цвету и светоотдаче, пользователи отдают предпочтение светодиодам GaP и GaAs из-за их длительного срока службы, высокой надежности, низкого рабочего тока, совместимости с цифровыми схемами TTL и CMOS и многих других преимуществ.
В последнее десятилетие высокая яркость и полноцветность стали передовыми темами в исследованиях светодиодных материалов и технологий устройств. Сверхвысокая яркость (UHB) относится к светодиодам с силой света 100 мкд или более, также известным как светодиод уровня канделы (кд). Развитие высокоярких A1GaInP и InGaNFED происходит очень быстро и в настоящее время достигло уровня производительности, которого не могут достичь традиционные материалы GaA1As, GaAsP и GaP. В 1991 году компании Toshiba из Японии и HP из США разработали оранжевый светодиод сверхвысокой яркости InGaA1P620nm, а в 1992 году желтый светодиод сверхвысокой яркости InGaA1P590nm был введен в практическое использование. В том же году Toshiba разработала желто-зеленый светодиод сверхвысокой яркости InGaA1P573nm с нормальной силой света 2 кд. В 1994 году японская корпорация Nichia разработала синий (зеленый) светодиод InGaN450nm сверхвысокой яркости. На данный момент все три основных цвета, необходимые для цветного дисплея: красный, зеленый, синий, а также оранжевый и желтый светодиоды, достигли силы света уровня Candela, обеспечивая сверхвысокую яркость и полноцветное отображение, что делает полноценным наружное освещение. цветное отображение светодиодных трубок реальность. Развитие светодиодов в нашей стране началось в 1970-х годах, а отрасль возникла в 1980-х. В стране более 100 предприятий, 95% производителей занимаются поступаковочным производством, а почти все необходимые чипы импортируются из-за границы. Благодаря нескольким «пятилетним планам» технологических преобразований, технологических прорывов, внедрению передового зарубежного оборудования и некоторых ключевых технологий, китайская технология производства светодиодов сделала шаг вперед.

1. Характеристики светодиода сверхвысокой яркости:
По сравнению с GaAsP GaPLED, красный светодиод A1GaAsLED сверхвысокой яркости имеет более высокую светоотдачу, а светоотдача прозрачного низкоконтрастного (TS) A1GaAsLED (640 нм) близка к 10 лм/Вт, что в 10 раз выше, чем у красного GaAsP GaPLED. Сверхвысокая яркость InGaAlPLED обеспечивает те же цвета, что и GaAsP GaPLED, включая: зелено-желтый (560 нм), светло-зелено-желтый (570 нм), желтый (585 нм), светло-желтый (590 нм), оранжевый (605 нм) и светло-красный (625 нм). , темно-красный (640 нм)). Сравнивая светоотдачу прозрачной подложки A1GaInPLED с другими светодиодными конструкциями и источниками света накаливания, светоотдача поглощающей подложки InGaAlPLED (AS) составляет 101 м/Вт, а светоотдача прозрачной подложки (TS) — 201 м/Вт, что составляет 10 - в 20 раз выше, чем у GaAsP GaPLED в диапазоне длин волн 590-626нм; В диапазоне длин волн 560-570 это в 2-4 раза выше, чем у GaAsP GaPLED. InGaNFED сверхвысокой яркости излучает синий и зеленый свет с диапазоном длин волн 450–480 нм для синего, 500 нм для сине-зеленого и 520 нм для зеленого; Его светоотдача составляет 3-151 м/Вт. В настоящее время светоотдача светодиодов сверхвысокой яркости превзошла светоотдачу ламп накаливания с фильтрами и может заменить лампы накаливания мощностью менее 1 Вт. Более того, светодиодные матрицы могут заменить лампы накаливания мощностью менее 150 Вт. Во многих случаях лампы накаливания используют фильтры для получения красного, оранжевого, зеленого и синего цветов, а использование светодиодов сверхвысокой яркости позволяет добиться того же цвета. В последние годы светодиоды сверхвысокой яркости, изготовленные из материалов AlGaInP и InGaN, объединили несколько (красных, синих, зеленых) светодиодных чипов сверхвысокой яркости вместе, что позволяет получать различные цвета без необходимости использования фильтров. Включая красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий, их светоотдача превышает светоотдачу ламп накаливания и близка к светоотдаче передних люминесцентных ламп. Яркость света превысила 1000 мкд, что позволяет использовать всепогодные и полноцветные дисплеи на открытом воздухе. Большой цветной светодиодный экран может отображать небо и океан, а также обеспечивать 3D-анимацию. Новое поколение красных, зеленых и синих светодиодов сверхвысокой яркости достигло беспрецедентных результатов.

2. Применение светодиодов сверхвысокой яркости:
Индикация сигнала автомобиля: индикаторы автомобиля снаружи автомобиля представляют собой в основном указатели поворота, задние фонари и стоп-сигналы; Салон автомобиля в основном служит освещением и дисплеем для различных приборов. Светодиоды сверхвысокой яркости имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными лампами накаливания для автомобильных указателей поворота и имеют широкий рынок в автомобильной промышленности. Светодиоды выдерживают сильные механические удары и вибрации. Средний срок службы светодиодных стоп-сигналов на несколько порядков выше, чем у ламп накаливания, намного превышая срок службы самого автомобиля. Таким образом, светодиодные стоп-сигналы можно упаковать целиком, не принимая во внимание необходимость технического обслуживания. Прозрачная подложка Al GaAs и AlInGaPLED имеют значительно более высокую светоотдачу по сравнению с лампами накаливания с фильтрами, что позволяет светодиодным стоп-сигналам и указателям поворота работать при более низких токах управления, обычно только 1/4 от ламп накаливания, тем самым сокращая расстояние, которое могут проехать автомобили. Снижение электрической мощности также может уменьшить объем и вес внутренней электропроводки автомобиля, а также снизить повышение внутренней температуры встроенных светодиодных сигнальных фонарей, что позволяет использовать пластик с более низкой термостойкостью для линз и корпусов. Время отклика светодиодных стоп-сигналов составляет 100 нс, что меньше, чем у ламп накаливания, что дает водителям больше времени на реакцию и повышает безопасность вождения. Освещенность и цвет внешних индикаторов автомобиля четко определены. Хотя внутреннее освещение автомобилей не контролируется соответствующими государственными ведомствами, как внешние сигнальные огни, у производителей автомобилей есть требования к цвету и освещенности светодиодов. GaPLED уже давно используется в автомобилях, а сверхвысокая яркость AlGaInP и InGaNFED заменят в автомобилях все больше ламп накаливания благодаря способности соответствовать требованиям производителей по цвету и освещенности. С точки зрения цены, хотя светодиодные лампы по-прежнему относительно дороги по сравнению с лампами накаливания, существенной разницы в цене между двумя системами в целом нет. Благодаря практическому развитию светодиодов TSAlGaAs и AlGaInP сверхвысокой яркости цены в последние годы постоянно снижаются, и в будущем масштабы этого снижения будут еще больше.

Индикация светофора. Использование светодиодов сверхвысокой яркости вместо ламп накаливания для светофоров, сигнальных огней и указателей теперь распространилось по всему миру, с широким рынком и быстро растущим спросом. По статистике Министерства транспорта США на 1994 год, в США было 260 000 перекрестков, на которых были установлены светофоры, и на каждом перекрестке должно быть не менее 12 красных, желтых и сине-зеленых сигналов светофора. На многих перекрестках также есть дополнительные знаки перехода и сигнальные огни пешеходного перехода для перехода дороги. Таким образом, на каждом перекрестке может быть 20 светофоров, и они должны загораться одновременно. Можно сделать вывод, что в Соединенных Штатах насчитывается около 135 миллионов светофоров. В настоящее время использование светодиодов сверхвысокой яркости для замены традиционных ламп накаливания позволило добиться значительных результатов по снижению потерь мощности. Япония потребляет на светофорах около 1 миллиона киловатт электроэнергии в год, а после замены ламп накаливания на светодиоды сверхвысокой яркости ее потребление электроэнергии составляет всего 12% от первоначального.
Компетентные органы каждой страны должны установить соответствующие правила для светофоров, определяя цвет сигнала, минимальную интенсивность освещения, схему пространственного распределения луча и требования к среде установки. Хотя эти требования основаны на лампах накаливания, они, как правило, применимы к используемым в настоящее время светодиодным светофорам сверхвысокой яркости. По сравнению с лампами накаливания светодиодные светофоры имеют более длительный срок службы, обычно до 10 лет. Учитывая воздействие суровых условий окружающей среды, ожидаемый срок службы должен сократиться до 5-6 лет. В настоящее время красные, оранжевые и желтые светодиоды AlGaInP сверхвысокой яркости производятся промышленно и являются относительно недорогими. Если модули, состоящие из красных светодиодов сверхвысокой яркости, используются для замены традиционных красных ламп накаливания для светофоров, влияние на безопасность, вызванное внезапным выходом из строя красных ламп накаливания, можно свести к минимуму. Типичный модуль светодиодных светофоров состоит из нескольких наборов подключенных светодиодных фонарей. На примере 12-дюймового красного светодиодного модуля светофора в 3–9 комплектах подключенных светодиодных фонарей количество подключенных светодиодных фонарей в каждом наборе составляет 70–75 (всего 210–675 светодиодных фонарей). Когда один светодиод выходит из строя, это влияет только на один набор сигналов, а остальные наборы будут уменьшены до 2/3 (67%) или 8/9 (89%) от исходного, не вызывая выхода из строя всей сигнальной головки. как лампы накаливания.
Основная проблема светодиодных модулей светофоров заключается в том, что стоимость производства все еще относительно высока. Возьмем, к примеру, 12-дюймовый красный светодиодный модуль светофора TS AlGaAs. Впервые он был применен в 1994 году и стоил 350 долларов США. К 1996 году 12-дюймовый светодиодный светофорный модуль AlGaInP с лучшими характеристиками стоил 200 долларов.

Ожидается, что в ближайшем будущем цена InGaN сине-зеленых светодиодных светофорных модулей будет сопоставима с AlGaInP. Хотя стоимость светофорных головок накаливания невелика, они потребляют много электроэнергии. Потребляемая мощность лампы накаливания светофора диаметром 12 дюймов составляет 150 Вт, а потребляемая мощность светофора, пересекающего дорогу и тротуар, составляет 67 Вт. Согласно расчетам, годовое потребление электроэнергии сигнальными лампами накаливания на каждом перекрестке составляет 18 133 кВтч, что эквивалентно годовому счету за электроэнергию в размере 1 450 долларов США; Однако светодиодные модули светофоров очень энергоэффективны: каждый 8-12-дюймовый красный светодиодный модуль светофора потребляет 15 Вт и 20 Вт электроэнергии соответственно. Светодиодные знаки на перекрестках могут отображаться с помощью стрелочных переключателей, потребляемая мощность всего 9 Вт. Согласно расчетам, каждый перекресток может сэкономить 9916 кВтч электроэнергии в год, что эквивалентно экономии 793 долларов США на счетах за электроэнергию в год. При средней стоимости светодиодного модуля светофора в 200 долларов США красный светодиодный модуль светофора может окупить свою первоначальную стоимость через 3 года, используя только сэкономленное электричество, и начать получать постоянную экономическую отдачу. Таким образом, в настоящее время использование модулей дорожной информации AlGaInLED, хотя стоимость может показаться высокой, в долгосрочной перспективе все же является экономически эффективным.