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LED燈特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原理

閱讀：1677發(fā)布時間：2011-5-25

一、LED結(jié)構(gòu)以及發(fā)光原理
　　LED（LightEmittingDiode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，　　發(fā)光二極管
　　晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。　　zui初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
　　對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用zui多。
　　上個世紀(jì)60年代，科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時研制的LED，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在近年才發(fā)展起來，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光LED。

二、LED光源的特點(diǎn)
　　1.電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓LED光源
　　電源更安全的電源，特別適用于公共場所。
　　2.效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%
　　3.適用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境
　　4.穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%
　　5.響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級
　　6.對環(huán)境污染：無有害金屬汞
　　7.顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，zui后為綠色
　　8.價格：LED的價格并不昂貴
　　9.驅(qū)動：LED使用低壓直流電即可驅(qū)動，具有負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)，對使用環(huán)境要求較低　　

10.顯色性高：LED的顯色性高，不會對人的眼睛造成傷害

三、照明方式特點(diǎn)
白光 LED 熱源少、操作環(huán)境廣、小型化、耐震動、光束集中
日光（螢光）燈螢光燈省電、但廢棄物易碎有汞污染等問題
白熾鎢絲燈泡低效率、高耗電、壽命短、易碎

四、LED的節(jié)能
　　1、LED光源發(fā)光效率高
　　發(fā)光效率比較：白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明/瓦、熒光燈50-70流明/瓦鈉燈90-140流明/瓦、大部分的耗電變成熱量損耗。　　LED光效：可發(fā)到50-200流明/瓦，而且發(fā)光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發(fā)出有色可見光。
　　2、LED光源耗電量少
　　LED單管功率0.03-0.06瓦，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓1.5-3.5伏。電流15-18毫安反映速度快，可在高頻操作，用在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬分之一，熒光管的二分之一，日本估計(jì)，如采用光效比熒光燈還要高2倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈、每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油，同樣效果的一支日光燈40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦。
　　3、LED光源使用壽命長
　　白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈是采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒，熱沉積、光衰減等特點(diǎn)，而采用LED燈體積小，重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)機(jī)械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達(dá)10萬小時，LED燈具使用壽命可達(dá)5-10年，可以大大孤低燈具的維護(hù)費(fèi)用避免經(jīng)常換燈之苦。
　　4、LED光源安全可靠性強(qiáng)
　　發(fā)熱量低、無熱輻射性、冷光源、可以安全抵摸，能控制光型及發(fā)光角度、光色和、無眩光、不含汞，鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。
　　5、LED光源有利環(huán)保
　　LED為全固體發(fā)光體、耐沖擊不易破碎、廢棄物可回收、沒有污染減少大量二氧化硫及氮化物等有害氣體以及二氧化碳等溫室氣體的產(chǎn)生改善人們生活居住環(huán)境，可稱“綠色照明光源。” 　　生產(chǎn)白光LED技術(shù)目前有三種：一種，利用三基色原理和目前已能生產(chǎn)的紅、綠、藍(lán)三種超高亮度LED按光強(qiáng)1:2:0.38比例混合而成白色，二種，利用超高度InGan藍(lán)色LED，其管總上加少許的釔鉆石榴為主體的熒光粉、它能在藍(lán)光激發(fā)下產(chǎn)生黃綠光、而此黃綠光又可與透出的藍(lán)光合成白光，三種是不可制紫外光LED，采用紫外光激三基色熒光粉或其他熒光粉，產(chǎn)生多色混合而成的白光。
　　6、LED光源更節(jié)能
　　當(dāng)然，節(jié)能是我們考慮使用LED光源的zui主要原因，也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂貴，但是用一年時間的節(jié)能收回光源的投資，從而獲得4-9年中每年幾倍的節(jié)能凈收蓋期。

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