LED燈的定義和發(fā)展歷史及其選購(gòu)指南

　　LED燈的定義和發(fā)展歷史及其選購(gòu)指南

　　1、什么是LED燈？

　　LED 是英文 light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，用銀膠或白膠固化到支架上，然后用銀線進(jìn)行焊接，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。

　　LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)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(hào)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(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來是采用長(zhǎng)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(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)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(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

　　對(duì)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(lán)光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nLED燈m。藍(lán)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(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)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(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。

　　2、LED燈的發(fā)展歷史

　　上個(gè)世紀(jì)60年代，科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)研制的LED，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近30年的發(fā)展，大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在2000年以后才發(fā)展起來，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光LED。

　　最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。

　　70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。

　　到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。

　　90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（λp=615nm）的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λp=530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。

　　3、LED燈的選購(gòu)指南

　　1、LED亮度（MCD）不同，價(jià)格不同。用于led燈具的LED應(yīng)符合雷射等級(jí)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。

　　2、抗靜電能力抗靜電能力強(qiáng)的LED，壽命長(zhǎng)，因而價(jià)格高。通?？轨o電大于700V的LED才能用于LED燈飾。

　　3、波長(zhǎng)一致的LED，顏色一致，如要求顏色一致，則價(jià)格高。沒有LED分光分色儀的生產(chǎn)商很難生產(chǎn)色彩純正的產(chǎn)品。

　　4、漏電電流LED是單向?qū)щ姷陌l(fā)光體，如果有反向電流，則稱為漏電，漏電電流大的LED，壽命短，價(jià)格低。

　　5、發(fā)光角度用途不同的LED其發(fā)光角度不一樣。特殊的發(fā)光角度，價(jià)格較高。如全漫射角，價(jià)格較高。

　　6、壽命不同品質(zhì)的關(guān)鍵是壽命，壽命由光衰決定。光衰小、壽命長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，價(jià)格高。

　　7、晶片LED的發(fā)光體為晶片，不同的晶片，價(jià)格差異很大。日本、美國(guó)的晶片較貴，一般臺(tái)灣及國(guó)產(chǎn)的晶片價(jià)格低于日、美（CREE）。

　　8、晶片大小晶片的大小以邊長(zhǎng)表示，大晶片LED的品質(zhì)比小晶片的要好。價(jià)格同晶片大小成正比。

　　9、膠體普通的LED的膠體一般為環(huán)氧樹脂，加有抗紫外線及防火劑的LED價(jià)格較貴，高品質(zhì)的戶外LED燈飾應(yīng)抗紫外線及防火。每一種產(chǎn)品都會(huì)有不同的設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)適用于不同的用途，LED燈飾的可靠性設(shè)計(jì)方面包含：電氣安全、防火安全、適用環(huán)境安全、機(jī)械安全、健康安全、安全使用時(shí)間等因素。從電氣安全角度看，應(yīng)符合相關(guān)的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　1、小心低價(jià)陷阱，LED光源價(jià)格差別很大，同顏色同亮度的LED，價(jià)格上都能相差幾倍。這種差距主要體現(xiàn)在LED的可靠性和光衰、外觀工藝等性能上面。價(jià)格低的LED其芯片尺寸較小，電極比較粗糙，所使用的材料（熒光粉及膠水）較差，耐電流、溫濕度變化差，光衰快、壽命短，所以一味追求低價(jià)可能得不償失。

　　2、認(rèn)清相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從安全角度看，產(chǎn)品應(yīng)符合相關(guān)的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于LED是新產(chǎn)品，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)滯后，僅提供產(chǎn)品合格測(cè)試。所以國(guó)際安全認(rèn)證（如GS、CE、UL等）才是衡量LED燈品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)擁有國(guó)際安全認(rèn)證和國(guó)家產(chǎn)品質(zhì)量合格證的廠家并不多，采購(gòu)時(shí)需要仔細(xì)鑒別證書真?zhèn)?。有?guó)際安全認(rèn)證的產(chǎn)品，價(jià)格一般較高。

　　3、選用恒流電源的LED燈，LED驅(qū)動(dòng)電源的電阻、電容、IC等元器件價(jià)格差別很大，整個(gè)電源所采用的方案和線路本身設(shè)計(jì)的合理性都會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。有的驅(qū)動(dòng)電源只是恒壓，并沒有做到恒流，而LED燈必須要恒流才能更好的確保品質(zhì)和使用壽命。所以，采購(gòu)時(shí)這一點(diǎn)需要額外注意，特別是對(duì)大功率LED燈。

　　燈的選購(gòu)

　　外觀

　　制作戶外led電子屏主要使用直插式橢圓led燈，制作室內(nèi)led電子屏主要使用表貼式led燈。

　　參數(shù)

　　亮度根據(jù)電壓、電流、透鏡、LED燈工作環(huán)境等因素而不同

　　波長(zhǎng)紅燈

　　620nm-625nm，

　　綠燈波長(zhǎng)

　　520nm-525nm，

　　藍(lán)燈波長(zhǎng)

　　465nm-470nm。

　　LED 射燈：

　　產(chǎn)品特性及優(yōu)點(diǎn)：

　　1、采用全自動(dòng)封裝設(shè)備，進(jìn)口封裝技術(shù)，壽命可達(dá)50000小時(shí)（10年）以上；

　　2、采用最先進(jìn)的二次配光技術(shù)，最佳光學(xué)分配，燈具輸出光率可達(dá)90%以上；

　　3、穩(wěn)壓懷驅(qū)動(dòng)器，功率因數(shù)在0.95以上，電源效率在92%以上；

　　4、燈具外殼采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可隨意調(diào)整投射角度，底座有安裝定位孔，安裝極為方便；

　　5、LED光源可選顏色：紅、黃、藍(lán)、綠、白、單顆七色全彩，可選發(fā)光角度在15°~120°；

　　6、功耗低，壽命長(zhǎng)，安裝方便，造型別致優(yōu)雅、防塵，防漏電，防腐蝕；

　　7、外形美觀大方、綠色、節(jié)能、環(huán)保，可在-40℃~50℃環(huán)境溫度下正常使用；

　　LED 燈具的安規(guī)要求

　　LED 具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為主要趨勢(shì)。由于 LED 所使用的技術(shù)及產(chǎn)品屬性已與傳統(tǒng)燈具大不相同，因此現(xiàn)行的一般燈具安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范顯然已不適用。為協(xié)助業(yè)者正視此項(xiàng)議題，本期將以 LED 燈具所使用的技術(shù)、可能應(yīng)用的范疇、及UL 所使用的安全評(píng)估來對(duì)此進(jìn)行說明。

　　LED 燈具技術(shù)及特性

　　所謂的 LED 燈具，顧名思義，是指燈具產(chǎn)品采用 LED （Light-emitting Diode，發(fā)光二極管） 技術(shù)作為主

　　白光LED燈具（16張）要的發(fā)光源。LED 是一種固態(tài)的半導(dǎo)體組件，其利用電流順向流通到半導(dǎo)體 p-n 結(jié)耦合處，再由半導(dǎo)體中分離的帶負(fù)電的電子與帶正電的電洞兩種載子相互結(jié)合后，而產(chǎn)生光子發(fā)射，不同種類的 LED 能夠發(fā)出從紅外線到藍(lán)光之間、與紫光到紫外線之間等不同波長(zhǎng)的光線。近幾年的新發(fā)展則是在 藍(lán)光 LED 上涂上螢光粉，將藍(lán)光 LED 轉(zhuǎn)化成白光 LED 產(chǎn)品。此項(xiàng)操作一般需要搭配驅(qū)動(dòng)電路（LED Driver） 或電源供應(yīng)器 （Power Supply），驅(qū)動(dòng)電路或電源供應(yīng)器的主要功能就是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電源，并同時(shí)完成與 LED 相符合的電壓和電流，以驅(qū)動(dòng)相配合的組件。

　　LED 燈具的燈泡體積小、重量輕，并以環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎，且亮度衰減周期長(zhǎng)，所以其使用壽命可長(zhǎng)達(dá) 50，000-100，000小時(shí)，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)鎢絲燈泡的 1，000 小時(shí)及螢光燈管的10，000 小時(shí)。由于 LED 燈具的使用年限可達(dá) 5 ~10 年，所以不僅可大幅降低燈具替換的成本，又因其具有極小電流即可驅(qū)動(dòng)發(fā)光的特質(zhì)，在同樣照明效果的情況下，耗電量也只有螢光燈管的二分之一，因此 LED 也同時(shí)擁有省電與節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。 不過因?yàn)?LED 的部份技術(shù)尚嫌不足，所以起初使用在燈具上的缺點(diǎn)包括光品質(zhì) （演色性、 一致性、色溫） 較差、散熱不易、且價(jià)格偏高，而其中不當(dāng)?shù)纳幔瑒t會(huì)導(dǎo)致 LED 燈具的亮度及電路零組件使用壽命加速衰減。制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，上述缺點(diǎn)，包括 LED 的熱阻逐漸降低、光品質(zhì)也在提升中。2008 年，除了 LED 白冷光的發(fā)光效率已達(dá)到 100 Lm/W，而 LED 暖白光的發(fā)光效率，預(yù)計(jì)在 2010 年，也可從的 70 Lm/W 提高至 100 Lm/W。與其它通用光源相較，鎢絲燈泡約 15 Lm/W、螢光日光燈約 45~60 Lm/W、HID 燈約 120~150 Lm/W，LED 的發(fā)光效率顯然已漸具優(yōu)勢(shì)；