led照明燈具發(fā)光原理

LED(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片固定在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍光(λp=465nm，Wd=30nm)，高溫燒結(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。對于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED激發(fā)熒光粉得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運用最多。

研究資料表明，由于LED是冷光源，半導體照明自身對環(huán)境沒有任何污 染，與白熾燈、熒光燈相比，節(jié)電效率可以達到90%以上。在同樣亮度下，耗電量僅為普通白熾燈的1/10，熒光燈管的1/2。如果用LED取代我們傳統(tǒng)照明的50%，每年我國節(jié)省的電量就相當于一個三峽電站發(fā)電量的總和，其節(jié)能效益十分可觀。

LED是一種綠色光源。LED燈直流驅(qū)動，沒有頻閃;沒有紅外和紫外的成分，沒有輻射污染，顯色性高并且具有很強的發(fā)光方向性;調(diào)光性能好，色溫變化時不會產(chǎn)生視覺誤差;冷光源發(fā)熱量低，可以安全觸摸;這些都是白熾燈和日光燈達不到的。它既能提供令人舒適的光照空間，又能很好地滿足人的生理健康需求，是保護視力并且環(huán)保的健康光源。

由于單只LED功率較小，光亮度較低，不宜單獨使用，而將多個LED組裝在一起設(shè)計成為實用的LED照明燈具則具有廣闊的應(yīng)用前景。燈具設(shè)計師可根據(jù)照明對象和光通量的需求，決定燈具光學系統(tǒng)的形狀、LED的數(shù)目和功率的大小;也可以將若干個LED發(fā)光管組合設(shè)計成點光源、環(huán)形光源或面光源的"二次光源"，根據(jù)組合成的"二次光源"來設(shè)計燈具。

光色是構(gòu)成視覺美學的基本要素，是美化居室的重要手段。光源的選用直接影響燈光的藝術(shù)效果，LED在光色展示燈具藝術(shù)化上顯示了無與倫比的優(yōu)勢;彩色LED產(chǎn)品已覆蓋了整個可見光譜范圍，且單色性好，色彩純度高，紅、綠、黃LED的組合使色彩及灰度(1670萬色)的選擇具有較大的靈活性。燈具是發(fā)光的雕塑，由材料、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和肌理構(gòu)造的燈具物質(zhì)形式也是展示藝術(shù)的重要手段。LED技術(shù)使居室燈具將科學性和藝術(shù)性更好地有機結(jié)合，打破了傳統(tǒng)燈具的邊邊框框，超越了固有的所謂燈具形態(tài)的觀念，燈具設(shè)計在視知覺與形態(tài)的藝術(shù)創(chuàng)意表現(xiàn)上，以一個全新的角度去認識、理解和表達光的主題。我們可以更靈活地利用光學技術(shù)中明與暗的搭配、光與色的結(jié)合，材質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)勢，提高設(shè)計自由度來弱化燈具的照明功能，讓燈具成為一種視覺藝術(shù)，創(chuàng)造舒適優(yōu)美的燈光藝術(shù)效果。例如半透明合成材料和鋁制成的類似于蠟燭的LED燈，可隨意擱置在地上、墻角或桌上，構(gòu)思簡約而輕松，形態(tài)傳達的視覺感受和光的體驗，讓燈具變成充滿情趣與生機的生命體。

毋庸置疑，光和人的關(guān)系是一個永恒的話題，"人們看到了燈，我看見了光"，正是這句經(jīng)典的話語改變了無數(shù)設(shè)計師對燈的認識。燈具的最高境界是"無影燈"也是人性化照明的最高體現(xiàn)，房間里沒有任何常見燈具的蹤跡，讓人們可以感受到光亮卻找不到光源，體現(xiàn)了把光和人類生活完美結(jié)合的人性化設(shè)計。

一、LED體積小

LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。

二、LED耗電量低

LED照明燈具耗電相當?shù)?，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電能不超過0.1W。

三、LED使用壽命長

在恰當?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達10萬小時。

四、高亮度、低熱量

LED發(fā)光二極管廠家，LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。

五、環(huán)保

LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。

六、堅固耐用

LED照明燈具是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得LED照明燈具可以說是不易損壞的。

高節(jié)能:節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗(單管0.03-0.06瓦)電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

壽命長:LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。

多變幻:LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。

利環(huán)保:環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。

高新尖:與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光電器件"高新尖"技術(shù)，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的不斷進步，LED顯示屏正在迅速崛起作為新一代顯示媒體，LED照明燈具逐漸擴展到通用照明領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代城市一道靚麗的風景線。

1.居家照明燈具的配置及要求:

①客廳:

主燈、LED筒燈、 LED天花射燈、LED照畫燈、LED壁燈、LED落地燈、LED臺燈、LED輪廓燈 LED室內(nèi)照明燈具圖片

②餐廳:

LED餐吊燈LED、照畫燈、LED吧臺燈

③臥室:

LED臥房燈、LED壁燈、LED鏡前燈、LED床頭柜臺燈、LED小夜燈

④書房:

LED吊燈、LED吸頂燈、LED工作臺燈

⑤兒童房:

LED臥房燈、LED吊線燈、LED壁燈、LED臺燈、LED護眼臺燈、LED小夜燈

⑥衛(wèi)生間:

LED防水壁燈、LED防水頂燈、LED鏡前燈、LED小夜燈

⑦廚房:LED廚房吸頂燈、LED廚柜燈

陽臺:LED吸頂燈

2.商場LED照明和酒店LED照明:

LED筒燈、LED射燈、LED調(diào)光燈、LED地埋燈、LED日光燈、LED吸頂燈、LED吊燈、LED床頭燈、LED落地燈、 LED臺燈、LED壁燈、LED夜間燈

3，娛樂場所、辦公照明

LED射燈、LED燈杯、LED天花燈、LED筒燈、LED日光燈、LED吸頂燈、LED壁燈

LED芯片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于基底材料和外延生長技術(shù)?；撞牧嫌蓚鹘y(tǒng)的藍寶石材料、矽和碳化矽，發(fā)展到氧化鋅、氮化鎵等新材料。在短短數(shù)年內(nèi)，借助于包括芯片結(jié)構(gòu)、表面粗化處理和多量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計在內(nèi)的一系列技術(shù)改進，LED在光效方面實現(xiàn)了巨大突破。

降低LED燈的成本

LED芯片占據(jù)LED燈成本的主要部分，因而降低LED的成本的主要途徑就是降低LED芯片的成本。

矽基底成本很低，技術(shù)在不斷進步中，但發(fā)光效率還不滿意，如果保持這種發(fā)展速度，一旦達到較高水準，則矽基底成為最主要的技術(shù)方案成為必然的選擇，企業(yè)也將獲得巨大的經(jīng)濟回報。

提高LED燈的顯色性

在高亮度白光LED中，一小部分藍光發(fā)生斯托克斯位移后具有更長的波長。這是好事情，因為這使得LED燈廠商可以使用許多不同顏色的螢光粉層，從而擴展發(fā)射光譜，有效地提高LED的顯色指數(shù)(CRI)。采用螢光粉的白光LED獲得的高CRI是有代價的，因為斯托克斯位移會造成白光LED的效率低于單色LED的效率。不過對于大多數(shù)照明應(yīng)用而言，寧愿選用高CRI而效率略低的LED燈。

提高LED燈系統(tǒng)可靠性

LED的整體效率、使用壽命和可靠性必須通過系統(tǒng)優(yōu)化才能得以提升。

光源:緊湊、高效，選擇合適的顏色和輸出功率。

控制和驅(qū)動:使用電子電路實現(xiàn)LED的恒流驅(qū)動和控制。

熱管理:若要達到更長的使用壽命必須控制LED節(jié)點溫度，散熱模型計算與新材料新工藝的運用是LED燈技術(shù)熱點。

光學元件:透鏡、反射器或?qū)Ч獍宀牧鲜菍⒐饩€聚焦在目標區(qū)域或分散在四周，這要根據(jù)設(shè)計需求而定。

提高LED燈電源的效率

不管是做限流型恒流控制的電源，還是運放控制的恒流電源，都要解決供電問題。即開關(guān)電源芯片工作的時候是需要一個相對穩(wěn)定的直流電壓為其芯片供電的，芯片的工作電流從一個MA到幾個MA不等。象FSD200，NCP1012，和HV9910，此種芯片是高壓自饋電的，用起來是方便，但高壓饋電，造成IC熱量的上升，因為IC要承受約300V的直流電，只要稍有一點電流，就算一個MA，也有零點三瓦的損壞耗了。一般LED電源不過十瓦左右，損失零點幾瓦一下就可以將電源的效率拉下幾個點。典型的象QX9910。用電阻下拉取電，這樣，損耗就在電阻上，大約也得損失它零點幾瓦吧。

還有就是磁耦合，就是用變壓器，在主功率線圈上加一個繞組，就象反激電源的輔助繞組一樣，這樣可以避免損掉這零點幾瓦的功率。這也是為什么不隔離電源還要用變壓器的原因之一，就是為了避免損失那零點幾瓦的功率，將效率提幾個點。

隨著地球溫室氣體排放問題日益嚴重，逼近地球自我調(diào)節(jié)的臨界點，各國紛紛出臺相關(guān)政策，包括中國在內(nèi)的世界各國政府必需刻不容緩的執(zhí)行節(jié)能減排(二氧化碳)，LED燈是最節(jié)能的綠色環(huán)保電光源，自然成為照明節(jié)能減排的主要選項，隨著LED燈成本與價格的逐漸降低，其普及的速度也在加快，在2020年以前，LED燈的市場占有率將超過50%。

目前LED照明燈具的最大技術(shù)難題之一就是散熱問題，散熱不暢導致LED驅(qū)動電源、電解電容器都成了LED照明燈具進一步發(fā)展的短板，LED光源早衰的緣由。

只有盡快導出熱量才能有效降低LED燈具內(nèi)的腔體溫度，才能保護電源不在持久的高溫環(huán)境下工作，才能避免LED光源因長期高溫工作而發(fā)生早衰。

正因為LED光源自身沒有紅外線、紫外線，因此LED光源自身沒有輻射散熱功能，LED照明燈具的散熱途徑只能通過與LED燈珠板密切組合的散熱器來導出熱量。

LED燈具，可選用不同光色的LED組合成照度柔和的各種模塊，任意安裝在 居室中，居室照明燈具的光源可能來源于地面、墻面、窗臺、家具、飾物等。因此，未來居室照明將不再局限于單個燈具，而將由單個燈具照明轉(zhuǎn)化為無照明器具感的整體照明效果的無影燈。不同的光色和亮度對人的生理和心理能產(chǎn)生不同的影響，人們在很多情況下并不需要很亮的白光，可能黃光或其它顏色的光更適合生理和心理的需要。三基色LED可以實現(xiàn)亮度、灰度、顏色的連續(xù)變換和選擇，使得照明從普遍意義上的白光擴展為多種顏色的光。

當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。

中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀70年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在"國家半導體照明工程"的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地，就現(xiàn)在而言大部分產(chǎn)品經(jīng)過江蘇常州轉(zhuǎn)銷全國各地。

中國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應(yīng)用取得較大進展。2007年中國LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應(yīng)用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國內(nèi)在照明領(lǐng)域已經(jīng)形成一定特色，其中戶外照明發(fā)展最快，已有上百家LED路燈企業(yè)并建設(shè)了幾十條示范道路，但國內(nèi)在大尺寸LCD背光和汽車前照燈方面仍顯落后。

2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識，有力推動了中國半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當前中國半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大而不強，核心競爭力仍有待于進一步提升。對國內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平是首要任務(wù)，提高未來取得大廠專利授權(quán)時的要價能力，或逐步通過研發(fā)突破核心專利。