3 超高亮度LED的应用

    3.1 信息指示灯

    3.1.1 汽车信号指示

    汽车指示灯在车的外部主要是方向灯、尾灯和刹车灯；在车的内部主要是各种仪表的照明和显示。超高亮度LED用于汽车指示灯，与传统的白炽灯相比，具有许多优点，在汽车产业中有着广泛的市场。LED 能够经受较强的机械冲击和震动。平均工作寿命（MTBF）比白炽灯泡高出几个数量级，远远高出汽车本身的工作寿命，因此LED刹车灯可封装成一个整体，而不必考虑维修。透明衬底AlGaAs和AlInGaP LED与带有滤光片的白炽灯泡相比具有相当高的流明效率，这样，LED刹车灯和方向灯就能够在较低的驱动电流下工作，典型的驱动电流只有白炽灯的1/4。较低的功率还可降低汽车内部线路系统的体积和重量，同时还可减小集成化的LED信号灯的内部温升，允许透镜和外罩使用耐温性能较低的塑料。LED刹车灯的响应时间为100ns，比白炽灯的响应时间短，这样便给司机留下了更多的反应时间，从而提高了行车的安全保证。汽车的外部指示灯的照度及颜色均有明确规定。汽车的内部照明显示虽不像外部信号灯那样受到政府有关部门的控制，但汽车的制造者对LED的颜色及照明度有要求。GaP LED早已用于车内，超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在颜色和照明度上可满足制造者的要求，因而将更多地取代车内白炽灯。从价格上看，尽管LED灯与白炽灯相比还是较贵的，但从整个系统来看，二者的价格并没有明显的差别。随着超高亮度TSAlGaAs和AlGaInP LED实用化的发展，最近几年价格一直在不断降低，今后降低的幅度还会更大。

    3.1.2 交通信号指示

    用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。根据美国交通部门 1994年的统计，美国安装交通信号灯的十字路口有26万个，每个十字路口至少要有12个红色、黄色、蓝绿色信号灯。许多十字路口还有一些附加的转变标志和跨越马路的人行横道警示灯。这样，每个十字路口可能有20个信号灯，而且要同时发光。由此可推算出美国全国约有1.35亿个交通信号灯。目前采用超高亮度LED取代传统的白炽灯降低电力损耗已取得明显效果。每年在交通信号灯上的耗电量约为100万千瓦，采用超高亮度LED取代白炽灯后，其耗电量仅为原来的12％。

    对交通信号灯，每个国家的主管部门都要制定相应的规范，规定信号的颜色、最低的照明强度，光束空间分布的图样以及对安装环境的要求等。尽管这些要求是按白炽灯编写的，但对目前采用的超高亮度LED交通信号灯基本上是适用的。

    LED交通信号灯与白炽灯相比，工作寿命较长，一般可达到10年，考虑到户外恶劣环境的影响，预计寿命要减少到5年～6年。目前超高亮度AlGaInP红、橙、黄色LED已实现产业化，价格也比较便宜，若用红色超高亮度LED组成的模块取代传统的红色白炽交通信号灯头则可将因红色白炽灯突然失效给安全造成的影响降低到最低程度。一般LED交通信号模块由若干组串联的LED单灯组成，以12英寸的红色LED交通信号模块为例，在3组～9组串联的LED单灯，每组串联的LED单灯数为70个～75个（总数为210个～675个LED单灯），当有一个LED单灯失效时，只会影响一组信号，其余各组减小到原来的2/3（67％）或8/9（89％），并不会像白炽灯那样使整个信号灯头失效。

    LED交通信号模块存在的主要问题是造价仍然显得高些，以12英寸的TS－AlGaAs红色LED交通信号模块为例，最早应用于1994年，其造价为350＄，而到1996年，性能更好的12英寸的AlGaInP LED交通信号模块，造价为200＄。预计不会很久，InGaN蓝绿色LED交通信号模块的价格将可与AlGaInP相比。白炽交通信号灯头的造价虽低，但耗电量大，一个直径为12英寸的白炽交通信号灯头的耗电量为150W，横过马路人行道的交通警示灯的耗电量为67W，据计算，每个十字路口的白炽信号灯每年的耗电量为18133kWh，折合每年的电费为1450＄；然而，LED交通信号模块非常省电，每个8英寸～12英寸的红色LED交通信号模块的耗电量分别为15W和20W，十字路口拐弯处的LED标志可用箭头开关显示，耗电量仅有9W，据计算，每个十字路口每年可省电9916kWh，相当每年节省电费793＄。按每个LED交通信号模块的平均造价为200＄计，红色LED交通信号模块仅用其节省的电费，3年后即可收回最初的成本造价，并开始不断得到经济回报。因此目前使用AlGaInP LED交通信息模块，尽管造价显得高些，但从长远看，还是合算的。 3.2 大屏幕显示

    大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一个巨大市场，包括图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。LED显示曾一直受到LED本身性能和颜色的限制。如今，超高亮度AlGaInP、TS－ AlGaAs、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色，可完全满足全色大屏幕显示的要求。LED显示屏可按像素尺寸装配成各种结构，小像素直径一般小于5mm，单色显示的每个像素用一个T－1（3/4）的LED灯，双色显示的每个像素为双色的T－1（3/4）的LED灯，全色显示则需要3个T－1红、绿、蓝色灯，或者装配一个多芯片的T－1（3/4）的LED灯作为一个像素。大像素则是通过把许多T－1（3/4）红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。用 InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和AsAlGaAs(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围，包括蓝绿、绿红等，与国际电视系统委员会（NTSC）规定的电视颜色范围基本相符。

    3.3 液晶显示（LCD）的背照明

    在液晶显示中至少有10％采用有源光作为背照明，光源可使LCD显示屏在黑暗的环境下易读，全色LCD显示也需要光源。LCD背照明所需的光源主要有白炽灯泡、场致发光、冷阴极荧光、LED等，其中LED在LCD背照明中最有竞争力，新型的超高亮度AlGaInP、AlGaAs、 InGaN LED可以提供高效率的发光和宽范围的颜色。