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LED照明技术 班级:15011222 姓名:刘光跃 学号:15011222 关键字:LED 照明 节能 在学习了信息技术导论这门课后，认真听了各位老师关于信息技术以及光电信息工程一些分支的介绍，我对LED照明技术很感兴趣，在网上和图书馆查阅过相关资料后，对LED技术有了一个大致的了解。下面的文章将是以我的理解来简单介绍一下LED技术的原理，优点，发展前景和面临的问题。一、LED的发展史在十九世纪爱迪生发明电灯之前，人类照明的方式很简单，直接借助各种火源的直射光，例如蜡烛，灯油等，这些发光设备在人类历史长河里点燃了漫漫岁月，但是它们的发光质量和发光效率都极其的低，直到电和电灯的出现，给人类黑暗的夜里带来了如白昼般的光明，成为了新的照明方式。在白炽灯出现之后，电力照明设备大致经过了三个重要的发展阶段，这三个阶段中的代表性光源分别为荧光灯、高强度气体放电灯和LED光源。其中和我们日常生活息息相关的光源设备，也就只有白炽灯、荧光灯和LED光源这三大类。而LED照明技术是出现最晚的，自从20世纪60年代出现以来，伴随着半导体技术的发展，得到了大量的应用和普及，特别是进入21世纪之后，由LED照明技术衍生而出的LED显示技术和LED辅助显示技术，已经显露越来越强烈的发展势头。 除了在日常电力照明领域正在普及的LED光源，目前在显示领域和LED有关的设备主要有两种：一是直接使用LED成像的LED显示屏，另一种就是利用LED的优良发光特性，把LED作为电视背光源使用的新型液晶电视。二、LED基本知识LED，就是发光二极管（light emitting diode）,从字面上理解，发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具有二极管的特性。基本结构为一块电致发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极，并起到支撑作用。发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程可以分为三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。 在LED得两端加上正向电压，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。调节电流，便可以调节光的强度。可以通过改变电流可以变色，这样可以通过调整材料的能带结构和带隙，便可以多色发光。三、LED照明的特性(1)LED的颜色: LED的颜色是一个很重要的一项指标,是每一个LED相关灯具产品必须标明，目 前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色,颜色不同,相关的参数也有很大的变化。(2)(2)LED的电流:LED的正向极限(用IF表示) 电流多在20MA，而且LED的光衰电流不能大于IF/3,大约15MA和18MA。LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比，当IF20MA时，亮度的增强已经无法用内眼分辨出来。因此LED的工作电流一般选在17-19MA左右比较合理。前面所针对是普通小功率LED(0.04-0.08W)之间的LED而言，但有些食人鱼LED除外(有些在40MA左右的额定值)。除着技术的不断发展，大功率的LED也不断出现如0.5W LED (IF=150MA)， 1W LED (IF=350MA),3W LED(IF=750MA)还有其它更多的规格。这里就不一一列举。(3)LED的电压:我们通常所说的是LED的正向电压,就是说LED的正极接电源正极,负极接电源负极. 电压与颜色有关系，红、黄、黄绿的电压是1.8-2.4v之间；白、蓝、翠绿的电压是3.0-3.6v之间,可能同样一批LED的电压会有一些差异,要根据厂家提供的为准. 在外界温度升高时，VF将下降。(4)LED的反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。(5)LED的色温:以绝对温度 K 来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红 - 浅红 - 橙黄 - 白 - 蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。 因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。(6):发光强度（I、Intensity）:单位坎德拉，即cd。光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)， 发光强度是针对点光源而言。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮。LED用这个单位来描述。 (7) LED光通量（F，Flux）: 单位流明，即lm。光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量.。同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多 对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4I。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。 （8）显色性: 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；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（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。 （9）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。 （10）LED的使用寿命： LED在一般说明中，都是可以使用50,000小时以上，还有一些生产商宣称其LED可以运作100,000小时左右。这方面主要的问题是，LED并不是简单的不再运作而已，它的额定使用寿命不能用传统灯具的衡量方法来计算。LED之所以持久，是因为它不会产生灯丝熔断的问题。LED不会直接停止运作，但它会随着时间的流逝而逐渐退化。有预测表明，高质量LED在经过50,000小时的持续运作后，还能维持初始灯光亮度的60%以上。假定LED已达到其额定的使用寿命，实际上它可能还在发光，只不过灯光非常微弱罢了。要想延长LED的使用寿命，就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。 （11）LED发光角度：二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制，有三大类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。发光角度520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其发光角度为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，发光角度为4590或更大，散射剂的量较大。 LED的发光角度是LED应用产品的重要参数。四、LED优势1、高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 2、寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 3、多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 4、利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 五、LED应用前景LED的应用很广, 括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。我们随时都可见,例如:收音机的示灯,大屏幕的LED显示屏.1 、汽车部分：以汽车内装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部 ( 第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等 ) ，目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系列采用高亮度 LED ，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度 LED ，其他各车厂新车，也在陆续采用。若再加上前后车灯、刹车灯，交通标志等，与交通有关的市场，商机非常庞大。在交通标志灯市场方面，全球约有 2000 万座交通标志灯，若每年更新 200 万座，商机可延续10年。2 、背光源部分：以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。 3 、显示屏： LED 显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，得到了飞速发展，它与传统的显示媒体 多彩霓虹灯、像素管电视墙、四色磁翻板相比较，以其亮度高、动态影像显示效果好、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富、性能价格比高等优势，已广泛应用于各行各业。4 、电子设备与照明： LED 以其功耗低，体积小，寿命长的特点，已成为各种电子设备指示灯的首选，目前几乎所有的电子设备都有 LED 的身影。室内照明，取代传统的白炽灯照明，进入普通家用照明，既节能又可以按着人的需求来设计灯具。5: 装饰：可广泛应用在发光立体字；建筑景观外观发光体；高架、高楼、公路、桥梁、地标、标志建筑发光源；广告立体字、标志、标识、指示光源；商业空间、机场、建筑工程、地铁、医院、饭店、白货商场、广场、餐馆、PUB设计灯光；汽车、运输、轮船、宣传指示警示光源；电脑、手机、通信、滑鼠、信号传输应用光源六、面临的问题1） 散热问题。LED虽然节能， 但与一般白炽灯具一样， 一部分能量转化为光的过程中另外一部分能量转化成热量， 尤其是LED为点状发光光源， 其所产生的热量也集中在极小的区域， 若产生的热量无法及时散发出去， PE 结的结温将会升高， 加速芯片和封装树脂的老化， 还可能导致焊点融化， 使芯片失效， 进而直接影响LED的使用寿命与发光表现， 尤其是大功率LED, 其发热量更大，对散热技术要求更高。可以说散热问题直接关系到LED 的发展前景。因此要提升LED产品的散热能力， 关键还在于寻找一种可以加快将灯具表面热量快速带走的散热方式。2）光衰问题。虽然很多LED产品标明发光寿命为10万h以上， 但在目前的实际应用中未见得有这么长的寿命， 原因就是LED存在光衰问题， 一旦LED 发光亮度降到原来亮度的30%以下， 就可认为其已不可用。引起LED光衰的原因有： a. 温度过高引起。LED产品的工作温度基本控制在65 以下， 当LED工作温度达到85 时， 光通量将下降一半， 发生红移（ 波长变长） , 超过90 时有烧毁的危险； b. LED芯片本身的光减和荧光粉引起的光衰； c. 封装中绝缘胶、荧光胶水引起的光衰。LED 高温会引起绝缘胶和荧光胶水的性能降低， 从而影响灯具输出的光通量；d. LED支架对光衰的影响， LED 支架有铜支架和铁支架， 铜和铁的热导率不一样， 铜导热性能好， 能更快的给灯具降温， 较少对光衰的影响。3）光色问题。LED发出的光与自然光相比仍有一定的差距，自然光具有非常强的黄色光谱成分， 给人一种暖暖的感觉。而LED发出的白光带有较多的蓝光成分， 在这种光的照明下人们的视觉感受不是很自然， 而且LED 所发出的光比较眩目， 容易引起眩光。七、总结以上说了这么多的方面，大概对LED照明技术做了一个介绍和说明。在我