LED(发光二极管)灯资料大全


led灯
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LED(发光二极管)灯资料大全

  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。 

  中文名: LED灯
  外文名: Light Emitting Diode
  别名: 发光二极管
  发明时间: 上个世纪60年代

LED结构以及发光原理

  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灯发光的原理。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。

历史

  上个世纪60年代,科技工作者利用半导体PN结发光的原理,研制成了LED发光二极管。当时研制的LED,所用的材料是GaASP,其发光颜色为红色。经过近30年的发展,现在大家十分熟悉的LED,已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光LED仅在近年才发展起来,这里向读者介绍有关照明用白光LED。 

  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(λp=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(λp=555nm),黄光(λp=590nm)和橙光(λp=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(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。

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。

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发展史

  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。高光效、低光衰大功率LED,已广泛应用于路灯、工矿灯、隧道灯、射灯、日光灯等诸多照明领域,深受业界一致好评。 
  1. 采用固态半导体器件晶片自主封装发光效率高,1W的亮度可达到普通日光灯3W的效果,节约60%的电量,具有良好的光衰表现,耐高温pc塑料材料精制。 
  2. 较低的vf值(3.1v-3.5v),可降低耗散功率减少发热量,延长LED的工作时间。 
  3. 采用独创的环氧树脂封装工艺以电子的形式发出能量,正白和暧白的流明值可做到差不多.产品无光斑色圈、显色高,一致性好。 
  4. 透镜经过特殊方法处理保证不会掉落。 
  5.用途 
  LED路灯,LED射光.LED灯饰, led射灯 大功率60W 80W 120W 160W 180W LED装饰灯LED照明灯 LED路灯 LED工矿灯LED照明 LED舞台灯。

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 
年代末。当时所用的材料是 GaAsP ,发红光( λ 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( λ p =555nm ),黄光( λ p =590nm )和橙光( λ 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( λ p =615nm 
)的光效达到 100 流明 / 瓦,而后者制成的 LED 在绿色区域( λ p =530nm )的光效可以达到 50 流明 / 瓦。

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。

LED灯的类型

  LED照明灯具可以分为室内照明和室外照明两个部分。目前市面上常见的LED照明灯具类型主要有以下几种产品类型:LED大功率模组模块路灯、LED射灯、LED灯杯、LED灯座、LED灯头、LED灯带、LED灯管、LED灯具、LED灯条、LED软灯条、LED灯串、LED灯泡、LED灯珠、LED灯芯、LED芯片、LED筒灯、LED蜡烛灯、LED星星灯、LED感应灯、小功率LED灯、大功率LED灯、大功率LED节能灯、LED流星雨灯、LED空气维生素净化灯、LED声控灯、LED平板灯、LED触摸灯、LED半导体照明、LED大功率天花灯、LED防爆灯、LED管屏、LED防爆防腐防尘灯、LED固态免维护防爆灯、LED日光灯透镜、LED防爆投光灯、LED大功率灯、LED日光灯、LED电视、LED背光、LED车灯、LED补光灯、LED强光手电筒、LED投光灯、LED斗胆灯、LED玉米灯、LED埋地灯、LED橱柜灯、LED舞台灯、LED商场灯、LED车床专用灯、LED牙灯、LED矿用架线机车灯、LED防爆平台灯、LED隧道灯、其他LED分类产品。

  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( λ 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。

LED缺点

  * 散热问题,如果散热不佳会大幅缩短寿命。 
  * 低端LED灯的省电性还是低于节能灯(冷阴极管,CCFL)。 
  * 初期购买成本较高。 
  * 因LED光源方向性很强,灯具设计需要考虑LED特殊光学特性。

LED灯的寿命

  恒流源驱动是最佳的LED驱动方式,采用恒流源驱动,不用在输出电路串联限流电阻,LED上流过的电流也不受外界电源电压变化、环境温度变化,以及LED参数离散性的影响,从而能坚持电流恒定,充沛发挥LED的各种优秀特性。 

  采用LED恒流电源来给LED灯具供电,由于在电源工作期间都会自动检测和控制流过LED的电流,因而,不用担忧在通电的霎时有过高的电流流过LED,也不用担忧负载短路烧坏电源。

特殊用途

  白光LED灯泡具高效能,在低功耗的市场(如手电筒、太阳能花园灯和行人路灯、自行车灯等)有领导地位。单色LED灯常用来造交通灯和节日灯饰。 

  2010年,LED灯成为了园艺界和农业的热门话题。美国国家航空航天局率先在太空使用LED灯栽种,其后家用和商业的室内园艺也跟随。这些栽种专用灯经特别设计,其光波刚好是叶绿素吸收的波长,促进生长之余,亦减少植物不吸收的光波,造成浪费。在可见光谱中,光合作用只需红蓝两色,所以这些灯的设计都有这两种颜色。比起同类产品,这些LED灯能提供同样光度、不需镇流器、而且发热比气体放电灯少得多 ,用于室内栽种十分适合。发热少能减少蒸散作用,从而减少灌概次数。亦因如此,使用这些栽种灯时,植物亦不宜过份灌概。

设计理念与发展

  LED灯具的设计理念有两种:一种是2008年飞利浦提出的情景照明。另一种是2009年凯西欧提出的情调照明。

LED灯选购指南

  1、选购有"三包"承诺的LED灯,选购有CCC认证标志的灯具; 
  2、要看LED灯产品标识是否齐全,正规产品应标识; 
  3、看LED灯电源线是否有CCC安全认证标志; 
  4、看灯具带电体是否外露,光源装入灯座后,手指应不能触及带电的金属灯头; 
  5、看LED芯片是否方位准确,透镜或屏幕是否有磨损。

LED灯损坏的原因

  1.电流的电压不稳定,供电电压升高特别容易造成LED灯的毁坏,电压突然升高的原因很多,电源的质量问题,或者用户的不当使用等等原因都可能让供电的电源电压突然升高。 

  2.灯管的供电通路局部短路,造成这种情况的通常是线路中某个部件,或者其它导线的短路使这个地方的电压增高。 
  3.也可能是LED因为自身的质量原因损坏因而形成短路,它原有的电压降就转嫁到其它LED上。 
  4.灯具的散热效果不好,我们都知道灯管发光就是一个散热的过程,如果灯具内的温度过高就容易使LED的特性变坏。这样也容易对LED灯造成损坏。 

  5.还有可能是灯具里面进水了,因为水是导电的,这样就会使灯具的线路短路。 
  6.装配的时候没有做好防静电的工作,使LED的内部已经被静电所伤害。尽管施加的是正常电压和电流值,也是极易造成LED的损坏。

防止LED损坏方式

  LED之所以有很长的寿命,也只是相对于在比较适合的工作环境,而造成LED灯饰损坏的主要有两种成因:一是过电冲击,就是LED上施加的电流超过该LED技术数据手册中的最大额定电流,包括过压引起的过电冲击;另一种是过热损伤。可是我们在现实中该怎么防止LED灯饰被损坏呢? 

  首先,防止电冲击,防止发生瞬态过电流。一般发生电冲击的都是由于极大的瞬态过电流引起,其造成的直接后果就是导致靠近焊接线的其他部分损坏,例如密封材料。 

  其次,做好散热系统,如今国内对于LED散热系统的相关技术还不是很成熟,而过大的热量会直接导致LED灯饰内部器件损坏,从而导致LED灯饰失效。

LED灯死灯及预防

  1)LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯灯饰点不亮,这种情况一般不会影响其它的LED灯的工作 

  2)LED灯的内部连接引线断开,造成LED无电流通过而产生死灯,这种情况会影响其它的LED灯的正常工作 
  人体静电对LED的损害也是很大的,工作时应穿防静电服装,配带静电环,静电环应接地良好,有一种不须要接地的静电环防静电的效果不好,建议不使用配带该种产品,如果工作人员违反操作规程,则应接受相应的警示教育,同时也起到告示他人的作用。人体带静电的多少,与人穿的不同面料衣服、及各人的体质有关,秋冬季黑夜我们脱衣服就很容易看见衣服之间的放电现象,这种静电放电的电压就有三千伏。 

  有些企业采用手工焊接,使用40瓦普通烙铁,焊接温度无法控制,烙铁温度在300-400℃以上,过高的焊接温度也会造成死灯,LED引线在高温下膨胀系数比在150℃左右的膨胀系数高好几倍,内部的金丝焊点会因为过大的热胀冷缩将焊接点拉开,造成死灯现象。

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