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LED知识概括
发布时间:2012/8/31 12:42:49

 

LED
LED是发光二极管,是20世纪中期发展起来的新技术。它依靠半导体异质结中的电子通过势垒产生的能量迁越直接发光。通过LED制作的灯具由于发光过程不产生热量,能量转换效率接近百分之百,寿命超长,是照明技术的发展方向。
LED - 结构及原理
 
发光二极管的核心部分是由p半导体n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
LED - LED日光灯与普通灯的区别
普通日光灯
日光灯两端各有一灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气,灯管内壁上涂有萤光粉,两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线,使萤光粉发出柔和的可见光。
日光灯工作特点:
 
灯管开始点燃时需要一个高电压,正常发光时只允许通过不大的电流,这时灯管两端的电压低于电源电压。日光灯管两端装有灯丝,玻璃管内壁涂有一层均匀的薄萤光粉,管内被抽成真空度10-3-10-4毫米汞柱以后,充入少量惰性气体,同时还注入微量的液态水银。电感镇流器是一个铁芯电感线圈,电感的性质是当线圈中的电流发生变化时,则在线圈中将引起磁通的变化,从而产生感应电动势,其方向与电流的方向相反,因而阻碍着电流变化。   起辉器在电路中起开关作用,它由一个氖气放电管与一个电容并联而成,电容的作用为消除对电源的电磁的干扰并与镇流器形成振汤回路,增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属片组成,利用氖泡放电加热,使双金属片在开闭时,引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。   当日光灯接入电路以后,起辉器两个电极间开始辉光放电,使双金属片受热膨胀而与静触极接触,于是电源、镇流器、灯丝和起辉器构成一个闭合回路,电流使灯丝预热,当受热时间1-3秒后,起辉器的两个电极间的辉光放电熄灭,随之双金属片冷却而与静触极断开,当两个电极断开的瞬间,电路中的电流突然消失,于是镇流器产生一个高压脉冲,它与电源叠加后,加到灯管两端,使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电,在正常发光过程中,镇流器的自感还起着稳定电路中电流的作用。
LED日光灯
 
led日光灯以质优、耐用、节能为主要特点,投射角度调节范围大,15W的亮度相当于普通40W日光灯。抗高温、防潮防水、防漏电。 使用电压有:110V220V可选,外罩可选玻璃或PC材质。灯头与普通日光灯一样。    LED日光灯采用最新的LED光源技术,数位化外观设计,节电高达70%以上,12WLED日光灯光强相当于40W的日光灯管(用于镇流器和启辉器, 36W的日光灯真正的耗电量为42W44W)。LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上,几乎免维护,无须经常更换灯管、镇流器、启辉器。绿色环保的半导体电光源,光线柔和,光谱纯,有利于使用者的视力保护及身体健康。6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受,人性化的照度差异设计,更有助于集中精神,提高效率。    目前,LED日光灯和普通日光灯对比来说,优点如下:   1,节能。2,寿命长。3,适用性好,因单颗LED的体积小,可以做成任何形状。4,回应时间短,是ns(纳秒)级别的回应时间,而普通灯具是ms(毫秒)级别的回应时间。5,环保,无有害金属,废弃物容易回收。6,色彩绚丽,发光色彩纯正,光谱范围窄,并能通过红绿蓝三基色混色成七彩或者白光。缺点:1,价格贵。2,目前能普遍做到的光效率和理论光效率还有很大差距。3,目前能做到的寿命和理论寿命(10w小时)还有很大差距。4,还是有一定的发热量。5,光衰还可以大幅度缩小。   不过这些缺点都可以通过工艺的改进克服,所以即使目前LED光源还不能完全取代现有传统光源,但随着技术的发展,日后一定是LED的天下。
LED - LED设计理念
LED的出现打破了传统光源的设计方法与思路,目前有两种最新的设计理念。
   1.情景照明:是2008年由飞利浦提出的情景照明,以环境的需求来设计灯具。情景照明以场所为出发点,旨在营造一种漂亮、绚丽的光照环境,去烘托场景效果,使人感觉到有场景氛围。
   2.情调照明:是2009年由凯西欧提出的情调照明,以人的需求来设计灯具。情调照明是以人情感为出发点,从人的角度去创造一种意境般的光照环境。情调照明与情景照明有所不同,情调照明是动态的,可以满足人的精神需求的照明方式,使人感到有情调;而情景照明是静态的,它只能强调场景光照的需求,而不能表达人的情绪,从某种意义上说,情调照明涵盖情景照明。情调照明包含四个方面:一是环保节能,二是健康,三是智能化,四是人性化。
LED - 光源特点
 
1电压LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。
2
效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少80%
3
、适用性:很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境
4稳定性10万小时,光衰为初始的50%
5
、响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒级
6
、对环境污染:无有害金属汞
7
、颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色
8
、价格:LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。
LED - 应用范围
LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关,目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低(仅1.5-3V),能主动发光且有一定亮度,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐冲击、抗振动、寿命长(10万小时),所以在大型的显示设备中,目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。
把红色和绿色的LED放在一起作为一个像素制作的显示屏叫双基色屏或伪彩色屏;把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个像素的显示屏叫三基色屏或全彩屏。制作室内LED屏的像素尺寸一般是2-10毫米,常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体,室外LED屏的像素尺寸多为12-26毫米,每个像素由若干个各种单色LED组成,常见的成品称像素筒或像素模块。
LED显示屏如果想要显示图象,则需要构成像素的每个LED的发光亮度都必须能调节,其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高,显示的图像就越细腻,色彩也越丰富,相应的显示控制系统也越复杂。在当前的技术水平下,256级灰度的图像,颜色过渡已十分柔和,图像还原效果比较令人满意。
资料显示,LED光源比白炽灯节电87%、比荧光灯节电50%,而寿命比白炽灯长20~30倍、比荧光灯长10倍。LED光源因具有节能、环保、长寿命、安全、响应快、体积小、色彩丰富、可控等系列独特优点,被认为是节电降能耗的最佳实现途径。
LED - LED节能灯
LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长,易控制,免维护,安全环保,是新一代固体冷光源,比管形节能灯省电,亮度高,投光远,投光性能好,使用电压范围宽,光源通过微电脑内置控制器,可实现LED七种色彩变化,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。与白炽灯管或低压荧光灯管,LED的稳定性和长寿命是明显优势:白炽灯的连续工作时间很少超过1000小时,采用电子驱动器的荧光灯管的连续工作时间可超过8000小时,但LED无故障工作50 000小时。您没听说过谁家的电视机电源指示灯坏了吧?没见过电脑的指示灯或硬盘灯损坏吧?
LED发光二极管led节能灯特点
1、高效节能 一千小时仅耗几度电(普通60W白炽灯十七小时耗1度电,普通10W节能灯一百小时耗1度电)
2、超长寿命 半导体芯片发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震动,不易破碎,使用寿命可达五万小时(普通白炽灯使用寿命仅有一千小时,普通节能灯使用寿命也只有八千小时);
3、光线健康光线中不含紫外线和红外线,不产生辐射(普通灯光线中含有紫外线和红外线)  
4、绿色环保 不含汞和氙等有害元素,利于回收和,而且不会产生电磁干扰(普通灯管中含有汞和铅等元素,节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰);
5、保护视力 直流驱动,无频闪(普通灯都是交流驱动,就必然产生频闪);
6、光效率高 发热小,90%的电能转化为可见光(普通白炽灯80%的电能转化为热能,仅有20%电能转化为光能);
7、安全系数高 所需电压、电流较小,发热较小,不产生安全隐患,于矿场等危险场所;
8、市场潜力大 低压、直流供电,电池、太阳能供电,于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。
LED - 灯带
1、柔性LED灯带是采用FPC做组装线路板,用贴片LED进行组装,使产品的厚度仅为一枚硬币的厚度,不占空间;普遍规格有30cm18LED24LED以及50cm15LED24LED30LED等。还有60cm80cm等,不同的用户有不同的规格。并且可以随意剪断、也可以任意延长而发光不受影响。而FPC材质柔软,可以任意弯曲、折叠、卷绕,可在三维空间随意移动及伸缩而不会折断。适合于不规则的地方和空间狭小的地方使用,也因其可以任意的弯曲和卷绕,适合于在广告装饰中任意组合各种图案。
2LED硬灯条是用PCB硬板做组装线路板,LED有用贴片LED进行组装的,也有用直插LED进行组装的,视需要不同而采用不同的元件。硬灯条的优点是比较容易固定,加工和安装都比较方便;缺点是不能随意弯曲,不适合不规则的地方。硬灯条用贴片LED的有18LED24LED30LED36LED40LED等好多种规格;用直插LED的有18颗、24颗、36颗、48颗等不同规格,有正面的也有侧面的,侧面发光的又叫长城灯条。
LED灯带、LED灯条因为长寿命(一般正常寿命在8~10万小时)、绿色环保而逐渐在各种装饰行业中崭露头角。LED灯带、LED灯条现在已经广泛应用于家具、汽车、广告、照明、轮船等行业。
灯带 LED灯带的简称,大部分人说的时候不习惯名词太长,于是把前面的LED给省略了,直接就叫灯带。这样灯带的叫法也包含了以前很多大二线、大三线、圆二线等等的直接用线材连接LED而不用FPCPCB的老式灯带,当然也就包含了柔性灯带和硬灯带。
灯条这是PCB硬灯条和长城灯条的简称。
LED Strip  这是LED灯带的英文名称。StripYahoo翻译的解释是带钢,在Google翻译的解释是小条,但LED灯带在国外客户嘴里的名词就是LED Strip
Flex LED Strip。这是柔性LED灯带的英文名称。FlexGoogle翻译的解释是挠性,在Yahoo翻译的解释却成了导电线。但国外客户说的Flex LED Strip就是我们国内大家所说的柔性LED灯带。
LED Light Bar。这是LED灯条的英文名词。Light BarYahoo翻译的解释是光带,在Google翻译的解释却成了鉴于酒吧。看来每个翻译都不一样啊,不过国外客户习惯叫LED灯条为LED Light Bar
LED - 发展历史
      最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP,发红光(λp=650nm),在驱动电流为20毫安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦。

70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光(λp=555nm),黄光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源,使得红色LED的光效达到10流明/瓦。

90年代初,发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在红、橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。

最初LED用作仪器仪表的指示
光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光。经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于LED响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。

LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。
LED - 单色光 LED
种类及其发展历史
         最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当时所用的材料是 GaAsP ,发红光( λ p =650nm ),在驱动电流为 20 毫安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约 0.1 流明 / 瓦。70 年代中期,引入元素 In 和 N ,使 LED 产生绿光( λ p =555nm ),黄光( λ p =590nm )和橙光( λ p =610nm ),光效也提高到 1 流明 / 瓦。到了 80 年代初,出现了 GaAlAs 的 LED 光源,使得红色 LED 的光效达到 10 流明 / 瓦。90 年代初,发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成功,使 LED 的光效得到大幅度的提高。在 2000 年,前者做成的 LED 在红、橙区( λ p =615nm )的光效达到 100 流明 / 瓦,而后者制成的 LED 在绿色区域( λ p =530nm )的光效可以达到 50 流明 / 瓦。
应用
 最初 LED 用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色交通信号灯为例,在美国本  LED线灯
来是采用长寿命,低光效的 140 瓦白炽灯作为光源,   它产生 2000 流明的白光。经红色滤光片后,光损失 90% ,只剩下 200 流明的红光。而在新设计的灯中, Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源,包括电路损失在内,共耗电 14 瓦,即可产生同样的光效。   汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。 1987 年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于 LED 响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。   另外, LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。
开发
  对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。 1998 年发白光的 LED 开发成功。这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石( YAG )封装在一起做成。 GaN 芯片发蓝光( λ p =465nm , Wd=30nm ),高温烧结制成的含 Ce3+ 的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值 550nm 。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有 YAG 的树脂薄层,约 200-500nm 。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。现在,对于 InGaN/YAG 白色 LED ,通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温 3500-10000K 的各色白光。
LED - 新霓虹灯与LED灯优缺点的比较和竞争
以下针对霓虹灯与LED灯相关比较,加入最新的LED技术进去比较,不是之前大家在网络中见到的哪份资料。   
1. LED光源有100000小时寿命吗?   按光衰7%,实际只有约50000小时。按光衰3%,实际运用可以达到80000小时。   
2. LED不会发热吗?   会,需散热。   
3. LED可取代白炽灯吗?   光通量,光效和显色性可以,但目前太贵且近几年不会有所下降。但可以通过提高产品的光通量从而降低替换白炽灯的成本。   
4. LED可作普通光源简单地使用吗?   不行,要驱动电源,光学和热传导配合。   
5. 二种光源性能和优点比较   霓虹灯的优势已被LED覆盖,但LED灯目前价太高。  
6. 二种光源的电源比较   LED低压好,但防水性差和载电流过大。大颗粒1瓦的LED单灯输入电流在350mA。   
7. 二种光源的控制技术比较   LED易实现,但霓虹灯成熟。   
8. 二种光源的稳定性比较   LED不一致性大,霓虹灯相当稳定。少数产家可以做到相对稳定,比如用CREE 跟AOD芯片相结合,取各自芯片的优点。   
9. 二种光源的价格比较   LED较贵,但黄色和红色已相当,主要贵的是LED白光。
10. 二种光源户外使用比较   LED防水性差是户外使用的致命弱点。   
11. 二种光源目前市场的比较   全球照明产品年产值420亿美元(中国150亿美元)LED光源现比例小于1%。
LED - LED灯具的优势
1.LED光源发光效率高
  发光效率比较:白炽灯光效在10-15lm、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-90流明/瓦,钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损耗。   LED光效:可发到50-200流明/瓦,而且发光的单色性好,光谱窄,无需过滤,可直接发出有色可见光。
2.LED
光源耗电量少
  LED单管功率0.03-0.06瓦,采用直流驱动,单管驱动电压1.5-3.5伏。电流15-18毫安反映速度快,可在高频操作,用在同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯的万分之一,荧光管的二分之一,日本估计,如采用光效比荧光灯还要高2倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯、每年可节约相当于60亿升原油,同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有18瓦。
3.LED
光源使用寿命长
  白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧,热沉积、光衰减等特点,而采用LED灯体积小,重量轻,环氧树脂封装,可承受高强机械冲击和震动,不易破碎,平均寿命达3-5万小时,LED灯具使用寿命可达3-5年,可以大大孤低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。
4.LED
光源安全可靠性强
  发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸,能精确控制光型及发光角度、光色和、无眩光、不含汞,钠元素等可能危害健康的物质。
5.LED
光源有利环保
  LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生改善人们生活居住环境,可称绿色照明光源。”   生产白光LED技术目前有三种:一种,利用三基色原理和目前已能生产的红、绿、蓝三种超高亮度LED按光强3:1:6比例混合而成白色,二种,利用超高度InGan蓝色LED,其管总上加少许的钇钻石榴为主体的荧光粉、它能在蓝光激发下产生黄绿光、而此黄绿光又可与透出的蓝光合成白光,三种是不可制紫外光LED,采用紫外光激三基色荧光粉或其他荧光粉,产生多色混合而成的白光。
6.LED
光源更节能
  当然,节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因,也许LED光源要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。
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