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LED照明的发展及技术应用

发布时间：2012-10-17 17:13:46　　点击次数：8454

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。 LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。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。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（λp=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。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。

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 LED灯应用产品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荡回路，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:110V、220V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，12W的LED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42W至44W）。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。

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。

　　凯西欧公司总经理吴育林先生编著了一本“情调照明书”，是中国第一本引领LED照明设计潮流的书籍，打破了设计理论长期被国外巨头垄断的局面，使LED的应用更加容易为市场所需要。将最新的情调照明设计理念贡献出来与大家分享，借此希望更多专家学者、设计师参与讨论和提出建议。

LED用途介绍

　　1．可见光的光谱和LED白光的关系。众所周之，可见光光谱的波长范围为380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如LED发的红光的峰值波长为565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光+黄色光）或三波长发光（蓝色光+绿色光+红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。

　　2．白光LED的工艺结构和白色光源。对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图1所示，图中LED GaM芯片发蓝光（λp=465nm），它和YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光（构成LED的结构如图2所示）。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。

　　3．白光LED照明新光源的应用前景。为了说明白光LED的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护

工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。

　　LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。

led-特点

　　LED特点和优点

　　LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。

　　体积小

　　LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。

　　耗电量低

　　LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。

　　使用寿命长

　　在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时

　　高亮度、低热量

　　环保

　　LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。

　　坚固耐用

　　LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。

色温及颜色的应用

　　（1）光源的色温：人们用与光源的色温相等或相近的完全辐射体的绝对温度来描述光源的色表（人眼直接观察光源时所看到的颜色）又称光源的色温。色温是以绝对温度K来表示。不同的色温会引起人们在情绪上不同的反应，我们一般把光源的色温分成三类：

　　a.暖色光：暖色光的色温在3300K以下，.暖色光与白炽灯光色相近，红光成分较多，给人以温暖、健康、舒适的感觉，适用于家庭、住宅、宿舍、医院、宾馆等场所，或温度比较低的地方。

　　b.暖白光：又叫中间色，它的色温在3300K－5300K之间。.暖白光光线柔和，使人有愉快、舒适、安详的感觉，适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。

　　c.冷色光：又叫日光色，它的色温在5300K以上，光源接近自然光，有明亮的感觉，使人精力集中，适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等场所。

　　演色性：光源对物体颜色呈现的程度称为演色性，也就是颜色的逼真的程度，演色性高的光源对颜色的表现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然颜色，演色性低的光源对颜色的表现较差，我们所看到的颜色偏差也较大。

　　为何会有演色性高低之分呢?其关键在于该光线之分光特性，可见光之波长在380nm至780nm之范围内，也就是我们在光谱中见到的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的范围，如果光源所放射的光之中所含的各色光的比例与自然光相近，则我们眼睛所看到的颜色也就较为逼真。

　　我们一般以显色指数为表征显色性。标准颜色在标准光源的辐射下，显色指数定为100。当色标被试验光源照射时，颜色在视觉上的失真程度，就是这种光源的显色指数。显色指数越大，则失真越少，反之，失真越大，显色指数就越小。不同的场所对光源的显色指数要求是不一样的。在国际照明协会中一般把显色指数分成五类：

　　类别 Ra 适用范围

　　1A >90 美术馆、博物馆及印刷等行业及场所

　　2B 80—90 家庭、饭馆、高级纺织工艺及相近行业

　　2 60—80 办公室、学校、室外街道照明

　　3 40—60 重工业工厂、室外街道照明

　　4 20—40 室外道路照明及一些要求不高的地方

LED 灯：

　　产品特性及优点：

　　1、采用全自动封装设备，进口封装技术，寿命可达50000小时（10年）以上；

　　2、采用最先进的二次配光技术，最佳光学分配，灯具输出光率可达90%以上；

　　3、稳压怀驱动器，功率因数在0.95以上，电源效率在92%以

　　4、灯具外壳采用高导热系数的铝合金材质，结构设计合理，可随意调整投射角度，底座有安装定位孔，安装极为；

　　5、LED光源可选颜色：红、黄、蓝、绿、白、单颗七色全彩，可选发光角度在15°~120°；

　　6、功耗低，寿命长，安装方便，造型别致优雅、防尘，防漏电，防腐蚀。

　　7、外形美观大方、绿色、节能、环保，可在-40℃~50℃环境温度下正常使用；

　　LED 灯具的安规要求

　　LED 具有节能、环保的优势，在灯具产业的发展已成为主要趋势。由于 LED 所使用的技术及产品属性已与传统灯具大不相同，因此现行的一般灯具安全标准规范显然已不适用。为协助业者正视此项议题，本期将以 LED 灯具所使用的技术、可能应用的范畴、及目前 UL 所使用的安全评估来对此进行说明。

　　LED 灯具技术及特性

　　所谓的 LED 灯具，顾名思义，是指灯具产品采用 LED (Light-emitting Diode，发光二极管) 技术做为主

LED灯常用英文词汇

　　LED照明灯具常用英文词汇

　　节能灯：energy saving lamp /compact fluorescent lamp (CFL)

　　电路图：circuit diagram

　　保险丝:fuse

　　电子整流器:electronic ballase

　　三基色:tri-phospor

　　卤粉：halogen powder

　　混合粉：mixed powder

　　灯头:base / cape

　　塑件:plastic parts/housing

　　功率:wattage /power

　　电压:volatage/operating volatage

　　光通量:luminous flux

　　光效:luminous effeciency

　　寿命:life time /everlasting

　　彩盒;giftbox

　　外包装:outer packing

　　内包装:inner packing

　　频率;frequency

　　闪频:flicker

　　功率因素:power factor

　　色温:color temperature

　　显色指数:color rendering index

　　镍:nickel

　　螺旋:spiral

　　二极管:diode

　　电容：electronic capacitor

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