LED灯具的基础知识（很实用）.doc

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，第一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，几只白炽灯 的价格就可以与一只LED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（ 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（ p =555nm ），黄光（ p =590nm ）和橙光（ 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（ p =615nm ）的光效达到 100 流明 / 瓦，而后者制成的 LED 在绿色区域（ 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（ 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，加入最新的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?1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。 七、什么是led灯的封装？led灯封装解释：简单来说led封装就是把led封装材料封装成led灯的过程；led灯封装流程：一般led封装必须经过扩晶-固晶-焊线-灌胶-切脚-分光分色等流程；led灯封装材料：led的主要封装材料有：芯片、金线、支架、胶水等；led灯封装设备：扩晶设备、固晶机、焊线机、点胶机、烘烤箱等，一般分为全自动封装设备手工封装设备两种。十一、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) 技术做为主要的发光源。LED 是一种固态的半导体组件，其利用电流顺向流通到半导体 p-n 结耦合处，再由半导体中分离的带负电的电子与带正电的电洞两种载子相互结合后，而产生光子发射，不同种类的 LED 能够发出从红外线到蓝光之间、与紫光到紫外线之间等不同波长的光线。近几年的新发展则是在 蓝光 LED 上涂上萤光粉，将蓝光 LED 转化成白光 LED 产品。此项操作一般需要搭配驱动电路 (LED Driver) 或电源供应器 (Power Supply)，驱动电路或电源供应器的主要功能就是将交流电压转换为直流电源，并同时完成与 LED 相符合的电压和电流，以驱动相配合的组件。LED 灯具的灯泡体积小、重量轻，并以环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎，且亮度衰减周期长，所以其使用寿命可长达 50,000-100,000小时，远超过传统钨丝灯泡的 1,000 小时及萤光灯管的10,000 小时。由于 LED 灯具的使用年限可达 5 10 年，所以不仅可大幅降低灯具替换的成本，又因其具有极小电流即可驱动发光的特质，在同样照明效果的情况下，耗电量也只有萤光灯管的二分之一，因此 LED 也同时拥有省电与节能的优点。 不过因为 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。与目前其它通用光源相较，钨丝灯泡约 15 Lm/W、萤光日光灯约 4560 Lm/W、HID 灯约 120150 Lm/W，LED 的发光效率显然已渐具优势；以下是针对 LED 及其它常见灯具的灯性比较：照明方式特点白光 LED热源少、操作环境广、小型化、耐震动、光束集中日光 (萤光) 灯萤光灯省电、但废弃物易碎有汞污染等问题白炽钨丝灯泡低效率、高耗电、寿命短、易碎产品选用指南应用方向1、建筑物外观照明对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。2、景观照明由于不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用作为光源进行照明。隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。3、标识与指示性照明需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。4、室内空间展示照明就照明品质来说，由于光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的，室内装饰性的白光结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用，对于低矮的空间特别有利。5、娱乐场所及舞台照明由于的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90的光通），与灯和金卤灯的 50250 小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。6、视频屏幕全彩色显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100的超大型屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。7、