LED灯

LED灯概述

LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。

一、 LED 的结构及发光原理

　　50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，个商用二极管产生于 1960 年。 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 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 结。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。

二、 LED 光源的特点

　　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 300 ～ 500 只二极管构成。

三、单色光 LED 的种类及其发展历史

　　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。

四、单色光 LED 的应用

　　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。

五、白光 LED 的开发

　　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

　　其实LED灯就是我们平常所说的节能灯。(这点是错的,日常使用的节能灯和LED的工作原理根本不一样!但是LED灯被称之为节能灯却是没有问题的)

　　不同功率的LED灯，价格是不一样的。而且不同的工艺，不同的外表材质也会造成价格的差异

六、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10000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％。