LED新光源

1.LED光源的概念及发展历史

LED（Light Emitting Diode），又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生光。

应用半导体PN结发光的原理制成的LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年，蓝色、绿色LED才研制成功。1996年开发出白色LED。

2.LED发光原理

发光二极管主要有PN结芯片、电极和光学系统组成。起发光体—晶片的面积为10.2mil(1mil=0.0254平方毫米)，目前国际上出现大量晶片LED，其晶片面积达40mil。

其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

3.LED的主要特点

3.1 发光效率高：LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。

3.2 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，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。

3.3 使用寿命长： 采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。光衰为初始的50%。LED灯具使用寿命可达5～10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯。

3.4 安全可靠性强：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。

3.5 有利于环保： LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。

3.6 响应时间短： 白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

3.7价格： LED的价格比较昂贵，较于白炽灯，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300～500只二极管构成。

4．LED的主要应用

LED广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用，近几年来，随着LED制造工艺的不断进步和新材料的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性发展，其发光效率提高了近1000倍，最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域开始跨越至高效率照明光源市场。

5.LED对现代电子的教学意义

在现代电子学习中作为较高级别的材料，锻炼学习者对电路的判断与使用。

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。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。

蓝光LED技术，简单来说就是一种更为节能高效的灯光产生方式，同时也能应用到相机、手机等科技产品中。用蓝光LED技术制造的照明设备，能效更高，大大降低地球能源使用量。根据已有的数据显示，全世界的25%电力都被用于照明作用，而使用LED灯具之后，用于照明的电力降低到4%，而这无疑改变了整个世界。

从1907年LED效应发现到1993中村修二正式发明LED，再到1999年1W的LED灯正式商业化使用，LED经历了将近一百年时间的发展。在此之前，人们一直使用的是上个世纪爱迪生发明的白炽灯泡，而白炽灯泡浪费了绝大部分能量在发热上，大概有九成的电力都被浪费。

LED灯具的出现，极大地降低照明所需要的电力，同样瓦数的LED灯，所需电力只有白炽灯泡的1/10，同时LED具有寿命长、环保、免维护等优点，迅速取代白炽灯的位置。2012年，中国政府宣布，全面禁止销售和进口100瓦以上的普通照明用白炽灯，陪伴老一辈中国人几十年的白炽灯即将走到历史的尽头。

正如在诺贝尔物理学奖颁奖词中写到的那样:"白炽灯照亮20世纪，而LED灯将照亮21世纪。"

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、健康

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10%的电能转化为可见光(普通白炽灯95%的电能转化为热能，仅有5%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。

1、LED灯在交流电驱动下和普通白炽灯一样会有频闪现象，而普通节能灯没有频闪现象。频闪会使眼睛容易疲劳。

2、每个LED灯泡的光线过亮，会强烈刺激眼睛，不可直视，哪怕短时间，而普通节能灯相对要柔和些!

3、照射角度有限制，一般只能照射120°，而普通节能灯几乎可照射360°。

4、照射房间的亮度并不比节能灯出色，因为led只在直视的狭小角度内有高亮度，而偏离该角度后光线迅速减弱。

因此，LED节能灯作为室内照明灯具的优势未必比普通节能灯明显，但作为电筒、台灯、射灯等只需照射狭小角度的灯具使用时还是非常优秀的。

1、LED亮度(MCD)不同，价格不同。用于led灯具的LED应符合雷射等级Ⅰ类标准。

2、抗静电能力抗静电能力强的LED，寿命长，因而价格高。通常抗静电大于 700V的LED才能用于LED灯饰。

3、波长一致的LED，颜色一致，如要求颜色一致，则价格高。没有LED分光分色仪的生产商很难生产色彩纯正的产品。

4、漏电电流LED是单向导电的发光体，如果有反向电流，则称为漏电，漏电电流大的LED，寿命短，价格低。

5、发光角度用途不同的LED其发光角度不一样。特殊的发光角度，价格较高。如全漫射角，价格较高。

6、寿命不同品质的关键是寿命，寿命由光衰决定。光衰小、寿命长，寿命长，价格高。

7、晶片LED的发光体为晶片，不同的晶片，价格差异很大。日本、美国的晶片较贵，一般台湾及国产的晶片价格低于日、美(CREE)。

8、晶片大小晶片的大小以边长表示，大晶片LED的品质比小晶片的要好。价格同晶片大小成正比。

9、胶体普通的LED的胶体一般为环氧树脂，加有抗紫外线及防火剂的LED价格较贵，高品质的户外LED灯饰应抗紫外线及防火。每一种产品都会有不同的设计，不同的设计适用于不同的用途，LED灯饰的可靠性设计方面包含:电气安全、防火安全、适用环境安全、机械安全、健康安全、安全使用时间等因素。从电气安全角度看，应符合相关的国际、国家标准。