全面剖析LED燈具技術(shù)

全面剖析LED燈具技術(shù)

LED是英文light emitting diode的縮寫，即：光線激發(fā)二極管，屬于一種半導(dǎo)體元器件。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。

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　LED照明技術(shù)的原理
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??????? LED是英文light emitting diode的縮寫，即：光線激發(fā)二極管，屬于一種半導(dǎo)體元器件。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。打個比方，LED就像一個漢堡，可以發(fā)光的材料是夾層中的“肉餅”，而上下的電極就是夾肉的面包。而通過對其中發(fā)光材料的研究，人們逐漸開發(fā)出各種光色、光效率越來越高的LED元件，但是無論怎么變化，LED總的發(fā)光原理和結(jié)構(gòu)都沒有發(fā)生太大的變化。
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LED光源的優(yōu)點

??????? 紅光LED 白光LED統(tǒng)光源，因此自60年代誕生以來，得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用。而相對于白熾燈、熒光燈等老一代發(fā)光設(shè)備，LED的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.LED在結(jié)構(gòu)上沒有玻璃外殼，不需要想白熾燈或者熒光燈那樣在燈管內(nèi)抽真空或者沖入特定氣體，因此抗震、抗沖擊性良好，給生產(chǎn)、運輸、使用各個環(huán)節(jié)帶來便利。

??????? 作為一種出現(xiàn)時間最晚的照明技術(shù)，LED的優(yōu)點不僅體現(xiàn)在發(fā)光質(zhì)量方面，在其生產(chǎn)、制造、易用性方面都要大大超越白熾燈、熒光燈等?

　　2.LED元件的體積可以做的非常小，更加便于各種設(shè)備的布置和設(shè)計。?

??????? 3.LED的發(fā)出的光線能量集中度很高，集中在較小的波長窗口內(nèi)，純度高。?

??????? 4.LED元件的壽命非常長，普遍在5萬-10萬小時之間，即使是頻繁的開關(guān)，也不會影響到使用壽命。?

　　5.LED響應(yīng)時間非常快，在微秒級別。?

　　6.LED的發(fā)光指向性非常強，亮度衰減比傳統(tǒng)光源低很多。?

　　7.LED在生產(chǎn)過程中不要添加“汞”，非常環(huán)保。?

　　8.LED使用低壓直流電即可驅(qū)動，對使用環(huán)境要求較低。?

　　LED發(fā)光設(shè)備的這些優(yōu)點，不僅為其在日常照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)，也為LED進入顯示設(shè)備領(lǐng)域打造了一條充滿希望的道路。?

??????? 不過，LED并不是從一開始就擁有如此之多的優(yōu)勢，也是經(jīng)過了一段較長時間的發(fā)展，下面我們就去看看LED從誕生到現(xiàn)在所經(jīng)歷過的發(fā)展變遷之路。?

??????? LED照明技術(shù)的發(fā)展歷程?

　　在LED剛剛出現(xiàn)的時候，其發(fā)光的顏色和效率都比較低。當時主要使用的發(fā)光材料是“GaAsP”，驅(qū)動電流在20mA，只能發(fā)出紅色的光，而且發(fā)光效率只有0.1流明/瓦，因此亮度僅僅能夠滿足一些儀表、電器上的指示之用，并沒有得到廣泛的使用和注意。?

??????? 而在隨后的幾十年里，一些新的發(fā)光材料被逐步引入到LED當中，LED逐漸開始顯露出強勁的發(fā)展后勁。在70年代中期，通過引入元素In和N，使得 LED可以發(fā)出波長為555納米的綠光、波長為590納米的黃光和波長為610納米的橙光，同時發(fā)光效率也提高到了1流明/瓦。到了80年代初，又出現(xiàn)了使用GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。而進入90年代后，能發(fā)出紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)出綠光、藍光的 GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙色光區(qū)域(波長615納米左右)的光效達到 100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(波長為530納米)的光效也可以達到50流明/瓦。不僅超過了傳統(tǒng)的白熾燈，而且和發(fā)光效率較高的熒光燈已經(jīng)非常接近。而按照材料科學(xué)的發(fā)展速度，發(fā)光效率能達到200流明/瓦的LED也將在較快的時間內(nèi)問世。

??????? 而在LED發(fā)光技術(shù)的發(fā)展史上，白光型LED的出現(xiàn)，則成為LED進入快速發(fā)展階段的重要突破。在上世紀末，受到熒光燈發(fā)光原理的啟發(fā)，LED廠家通過在高亮度藍光LED管芯上加一層熒光粉，用藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出白光的LED發(fā)光元件。此外，通過采用不同的熒光粉，可發(fā)出色溫為4500～10 000K及色溫為2850～3800K的多種白光LED，也讓白光LED具備了成為新一代照明設(shè)備的能力。目前，白光LED的發(fā)光效率大都已超過30流明 /W，某些產(chǎn)品已超過50流明/W的水平，具備了正式大規(guī)模實用化的基礎(chǔ)。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，LED照明發(fā)光技術(shù)已經(jīng)便成為一種相對成熟的事物，市面上不僅有能發(fā)出各種色彩的LED產(chǎn)品，也出現(xiàn)了大量可以用于直接照明的LED 產(chǎn)品，此外，在顯示領(lǐng)域，LED產(chǎn)品也經(jīng)歷了從單色到彩色，從低分辨的文字到高分辨率圖像顯示的進化過程，正在日益影響著我們的生活和工作。

??????? 白熾燈、熒光燈和LED燈光效率的發(fā)展趨勢?

??????? 由于LED在最初是被當作一種發(fā)光元件而生產(chǎn)的，因此，LED技術(shù)生來就和光明結(jié)下了不解之緣。而目前存在的各種LED產(chǎn)品，也可以按照用途的不同，大致可以分為：LED指示/照明設(shè)備和LED顯示成像設(shè)備兩大類。?

??????? LED照明設(shè)備?

??????? LED的最大價值還是體現(xiàn)在照明領(lǐng)域。由于LED發(fā)光技術(shù)全面超越傳統(tǒng)光源，因此許多人都看好未來LED在照明市場的機會，根據(jù)據(jù)CIR預(yù)測，全球LED市場將從2004年的 32億美元，增長至2008年的56億美元，其中，高亮度LED市場產(chǎn)值將由16億美元增至26.4億美