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► LED知識

LED(Lighy Emitting Diode),又稱發光二極管,它們利用固體半導體芯片作為發光材料,當兩端加上正向電壓,半導體中的載流子發生復合,放出過剩的能量而引起光子發射產生可見光。
(一)LED的發展歷史
應用半導體P•N結髮光源原理製成LED問世於20世紀60年代初,1964年首先出現紅色發光二極管,之後出現黃色LED。直到1994年藍色、綠色LED才研製成功。 1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發出白色LED。
LED以其固有的特點,如省電、壽命長、耐震動,響應速度快、冷光源等特點,廣泛應用於指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域,在我們的日常生活中處處可見,家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由於其亮度差、價格昂貴等條件的限制,無法作為通用光源推廣應用。
近幾年來,隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入,LED製造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用,各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展,其發光效率提高了近1000倍,色度方面已實現了可見光波段的所有顏色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出現,使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出,高亮度LED將是人類繼愛迪生髮明白熾燈泡後,最偉大的發明之一。
(二)LED發光原理
發光二極管主要由PN結芯片、電極和光學系統組成。其發光體——晶片的面積為10.12mil(1mil=0.0254平方毫米),目前國際上出現大晶片LED,晶片面積達40mil。
其發光過程包括三部分:正向偏壓下的載流子注入、複合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔淨的環氧樹脂物中,當電子經過該晶片時,帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域並與之複合,電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量(帶隙)越大,產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應,可見光的頻譜範圍內,藍色光、紫色光攜帶的能量最多,桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由於不同的材料具有不同的帶隙,從而能夠發出不同顏色的光。
LED照明光源的主流將是高亮度的白光LED。目前,已商品化的白光LED多是二波長,即以藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉混合產生白光。未來較被看好的是三波長白光LED,即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產生白光,它將取代熒光燈、緊湊型節能熒光燈泡及LED背光源等市場。
(三)LED光源的基本特徵
1、發光效率高
LED經過幾十年的技術改良,其發光效率有了較大的提升。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光效經改良後將達到達50~200流明/瓦,而且其光的單色性好、光譜窄,無需過濾可直接發出有色可見光。目前,世界各國均加緊提高LED光效方面的研究,在不遠的將來其發光效率將有更大的提高。
2、耗電量少
LED單管功率0.03~0.06瓦,採用直流驅動,單管驅動電壓1.5~3.5伏,電流15~18毫安,反應速度快,可在高頻操作。同樣照明效果的情況下,耗電量是白熾燈泡的八分之一,熒光燈管的二分之一、日本估計,如採用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節約相當於60億升原油。就橋樑護欄燈例,同樣效果的一支日光燈40多瓦,而採用LED每支的功率只有8瓦,而且可以七彩變化。
3、使用壽命長
採用電子光場輻射發光,燈絲發光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而採用LED燈體積小、重量輕,環氧樹脂封裝,可承受高強度機械衝擊和震動,不易破碎。平均壽命達10萬小時。 LED燈具使用壽命可達5~10年,可以大大降低燈具的維護費用,避免經常換燈之苦。
4、安全可靠性強
發熱量低,無熱輻射,冷光源,可以安全抵摸:能精確控制光型及發光角度,光色柔和,無眩光;不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統可以控制發光強度,調整髮光方式,實現光與藝術結合。
5、有利於環保
LED為全固體發光體,耐震、耐衝擊不易破碎,廢棄物可回收,沒有污染。光源體積小,可以隨意組合,易開發成輕便薄短小型照明產品,也便於安裝和維護。

 

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