1 引言

　　led已有近30年的發展歷程。20世紀70年代，最早的GaP、GaAsP同質結紅、黃、綠色低發光效率的led已開始應用于指示燈、數字和文字顯示。從此，led開始進入多種應用領域，包括宇航、飛機、汽車、工業應用、通信、消費類產品等，遍及國民經濟各個部門和千家萬戶。到1996年，led在全世界的銷售額已達到幾十億美元。盡管多年以來led一直受到顏色和發光效率的限制，但是由于GaP和GaAsP led具有壽命長、可靠性高、工作電流小、可與TTL、CMOS數字電路兼容等許多優點，因而一直受到使用者的青睞。

　　最近十年，高亮度化、全色化一直是led材料和器件工藝技術研究的前沿課題。超高亮度(UHB)是指發光強度達到或超過100mcd的led，又稱坎德拉(cd)級led。高亮度A1GaInP和InGaNLED的研制進展得十分迅速，現已達到常規材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達到的性能水平。1991年，東芝公司和美國HP公司研制成InGaAlP 620nm橙色超高亮度led，1992年，InGaAlP 590nm黃色超高亮度led達到實用化。同年，東芝公司研制的InGaA1P 573nm黃綠色超高亮度led的法向光強達2cd。1994年，日亞公司研制成InGaN 450nm藍(綠)色超高亮度led。至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的led都達到了坎德拉級的發光強度，實現了超高亮度化、全色化，使發光管的戶外全色顯示成為現實。

　　我國發展led起步于20世紀70年代，80年代形成產業。全國約有100多家企業，95%的廠家都從事后道封裝生產，所需管芯幾乎全部從海外進口。通過幾個"五年計劃"的技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術，使我國led的生產技術已向前跨進了一步。北京、長春、南昌、上海、山東、河北等地的一些廠家，現已具有GaAs和GaP單晶、外延片、芯片的批量生產能力。由南昌746廠組建的欣磊光電公司的普亮led芯片生產線，1998年生產出管芯7億只，1999年超過10億只。信息產業部電子第13研究所下屬的河北匯有電力電子公司和河北立德電子公司已分別建成InGaA1P超高亮度led外延片和芯片生產線，1999年年底達到年產外延片1萬片、芯片1億只的生產能力，從而改變了我國超高亮度led外延片、芯片全部從海外進口的局面。

　　本文將對超高亮度InGaA1P led和InGaN led在汽車指示燈、交通信號燈、大屏幕顯示、液晶顯示(LCD)的背光照明等中的應用情況做一簡要介紹。

　　2 超高亮度led的結構及性能

　　超高亮度紅A1GaAs led與GaAsP、GaP led相比，具有更高的發光效率，透明襯底(TS)A1GaAs led(640nm)的流明效率已接近10lm/W，比紅色GaAsPGaPLED大10倍。超高亮度InGaAlP led提供的顏色與GaAsP、GaP led相同，包括綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm)、深紅(640nm)。InGaAlPLED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/W，透明襯底(TS)為201m/W，在590nm～626nm的波長范圍內比GaAsP、GaP led的流明效率要高10倍～20倍;在560nm～570nm的波長范圍內比GaAsP、GaP led高出2倍～4倍。超高亮度InGaN led提供了藍色光和綠色光，其波長范圍：藍色為450nm～480nm，藍綠色為500nm，綠色為520nm;其流明效率為3m/W～151m/W。超高亮度led目前的流明效率已超過帶濾光片的白熾燈，可以取代功率1W以內的白熾燈，而且用led陣列可以取代功率在150W以內的白熾燈。對于許多應用，白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和藍色，而用超高亮度led則可得到相同的顏色。近年，用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度led將多個(紅、藍、綠)超高亮度led芯片組合在一起，不用濾光片也能得到各種顏色，包括紅、橙、黃、綠、藍，目前其發光效率均已超過白熾燈，正向熒光燈接近。發光亮度已高于1000mcd，可滿足室外全天候、全色顯示的需要，用led彩色大屏幕可以表現天空和海洋，實現三維動畫。新一代紅、綠、藍超高亮度led達到了前所未有的性能。

　　3 超高亮度led的應用

　　3.1 信息指示燈

　　3.1.1 汽車信號指示

　　汽車指示燈在車的外部主要是方向燈、尾燈和剎車燈;在車的內部主要是各種儀表的照明和顯示。超高亮度led用于汽車指示燈，與傳統的白熾燈相比，具有許多優點，在汽車產業中有著廣泛的市場。led能夠經受較強的機械沖擊和震動。平均工作壽命(MTBF)比白熾燈泡高出幾個數量級，遠遠高出汽車本身的工作壽命，因此led剎車燈可封裝成一個整體，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高的流明效率，這樣，led剎車燈和方向燈就能夠在較低的驅動電流下工作，典型的驅動電流只有白熾燈的1/4。較低的功率還可降低汽車內部線路系統的體積和重量，同時還可減小集成化的led信號燈的內部溫升，允許透鏡和外罩使用耐溫性能較低的塑料。led剎車燈的響應時間為100ns，比白熾燈的響應時間短，這樣便給司機留下了更多的反應時間，從而提高了行車的安全保證。汽車的外部指示燈的照度及顏色均有明確規定。汽車的內部照明顯示雖不像外部信號燈那樣受到政府有關部門的控制，但汽車的制造者對led的顏色及照明度有要求。GaP led早已用于車內，超高亮度AlGaInP和InGaN led由于在顏色和照明度上可滿足制造者的要求，因而將更多地取代車內白熾燈。從價格上看，盡管led燈與白熾燈相比還是較貴的，但從整個系統來看，二者的價格并沒有明顯的差別。隨著超高亮度TSAlGaAs和AlGaInP led實用化的發展，最近幾年價格一直在不斷降低，今后降低的幅度還會更大。