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第四代照明光源 LED

LED(Light Emitting Diode),发光二极管,不但具备一般二极管的特性,而且当二极管pn结中的电子与空穴复合时能以光子的形式发出能量,从而能实现二极管的发光。而发光的颜色甚至是否发光则主要取决于pn结的材料,一般主要有砷(AS)铝(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)这几种元素中的若干种组成。发光二极管一般由环氧树脂将一个半导体的晶片(管芯)封装起来组成的,并由晶片的两端通过引线架引出两根管脚。比如常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝键合为内引线,并与一条管脚相连,负极和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封。这使得led不但体积小,耗电量低,环保无污染,而且比灯泡与荧光灯都坚固耐用抗震性能好,加之led的高效发光及低热量,更长的使用寿命,使它在各个方面得到广泛应用。目前led主要的三大应用是led照明,led显示及led背光。

LED照明发展现状及趋势

当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们未来面临的重要的问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。LED作为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
  
近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”,欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下,2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。

LED照明发展难题   
  
LED的部份技术尚嫌不足,所以起初使用在灯具上的缺点包括光品质 (演色性、一致性、色温) 较差、散热不易、且价格偏高,而其中不当的散热,则会导致 LED 灯具的亮度及电路零组件使用寿命加速衰减。随着制造技术在近十年来的突飞猛进,上述缺点,包括 LED 的热阻逐渐降低、光品质也在提升中。2008 年,除了 LED 白冷光的发光效率已达到 100 Lm/W,而 LED 暖白光的发光效率,预计在 2010 年,也可从目前的 70 Lm/W 提高至 100 Lm/W。
  
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,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,经过白炽灯、日光灯,到现在比较普遍的节能灯,再下个阶段应该就是LED照明灯的普及了,这里需要超高亮度的LED,超长寿命、极低功耗将是LED灯很大的优势,同时成本考量也是一个关键。

中国的LED照明业
 
中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展,中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下,形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。
 
目前,中国半导体照明产业发展向好,外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元,已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国,新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色,其中户外照明发展最快,已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路,但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。
 
2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识,有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强,核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言,壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务,提高未来取得大厂专利授权时的要价能力,或逐步通过研发突破核心专利。

LED光源的优点
  
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   
  
LED常用照明术语

1、光通量φ:发光体每秒钟所发出的光量的总和。单位:流明(Lm),表示发光体发光的多少,发光愈多流明数愈大。
2、光 强I:发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。单位:坎德拉(cd)。
3、照 度E:发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。单位:勒克斯(Lux)=流明Lm/面积m2。
4、亮 度L:发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位:尼脱(mcd)。
5、光 效:电光源将电能转化为光的能力,以发出的光通量除以耗电量来表示。单位:每瓦流明(Lm/w)。
6、平均寿命:指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位:小时(h)。
7、经济寿命:在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至特定的小时数。室外的光源为70%,室内的光源为80%。
8、色 温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。光源色温不同,光色也不同,色温在3000k以下有温暖的感觉,达到稳重的气氛;色温在3000k-5000k为中间色温,有爽快的感觉;色温在5000k以上有冷的感觉。单位:K。
9、显色性:光源的显色性是由显色指数来表明,它表示物体在光下颜色比基准光(太阳能)照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。单位:Ra。
10、色表:是指人眼直接观察光源时所看到的颜色。街道高压钠灯发出的光既亮且白,但当看到被照射的人的面孔时显表灰色,这说明高压钠灯的色表并不差,但显色性不好。
11、眩光:视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,则可以造成视觉不舒适称为眩光,眩光是影响照明质量的重要因素。

 


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