什么是LED燈及LED的種類
來源：中華蓄電池技術(shù)網(wǎng) 日期：2009-6-30 作者： 點擊：
目前，應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)照明的燈首選LED燈，因為其節(jié)能環(huán)保。此雖非蓄電池領(lǐng)域，但考慮到我們的儲能電池要參與太陽能光伏系統(tǒng)，因此決定有必要了解一些光伏系統(tǒng)所配套的關(guān)鍵件，這便是選擇本文的理由。
一、LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理
LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，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。50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。
發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
二、LED光源的特點
LED光源的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達(dá)80～90%。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm／W，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm／W，壽命小于8000小時，T5熒光燈則為96lm／W，壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED為20～28lm／W，壽命可大于100000小時。有人還預(yù)測，未來的LED壽命上限將無窮大。具體表現(xiàn)在以下幾方面：
1、電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。
2、效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 。
3、適用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境
4、穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%
5、響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級
6、對環(huán)境污染：無有害金屬汞
7、顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬�，黃色，最后為綠色
8、價格：LED的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價格就可以與一只白熾燈的價格相當(dāng)，而通常每組信號燈需由上300～500只二極管構(gòu)成。
三、LED燈的優(yōu)點
·點亮無延遲，響應(yīng)時間更快，傳統(tǒng)玻殼燈泡則有0.3秒的延遲，防止追尾
·更強(qiáng)的抗震性能
·發(fā)光純度高，無需燈罩濾光，光波長誤差在10納米以內(nèi)
·發(fā)光熱量很小，對燈具材料的耐熱性要求不是很高
·光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于減小燈具的深度
·耗電量低，達(dá)到傳統(tǒng)燈泡同等的發(fā)光亮度時，耗電量僅為傳統(tǒng)燈泡的6%，省電節(jié)油
·超長壽命，無燈絲結(jié)構(gòu)不發(fā)熱，正常使用在6年以上
·車輛控制電路不易氧化
四、單色光LED的種類及其發(fā)展歷史
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)時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。
20世紀(jì)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20世紀(jì)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。
20世紀(jì)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。
五、單色光LED的應(yīng)用
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(jì)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。
近年來，汽車外形由于設(shè)計上的需要、空氣動力學(xué)的要求及美觀的需求，低側(cè)面流線形的外形越來越受歡迎。尾燈的形狀也朝著異型化和一體化發(fā)展。汽車LED燈根據(jù)應(yīng)用可分為配光用燈和裝飾用燈兩種，配光燈適用于儀表指示燈背光顯示、前后轉(zhuǎn)燈、剎車指示燈、倒車燈、霧燈、閱讀燈等功能性方面；裝飾燈主要用于汽車燈光色彩變換，起車內(nèi)外美化作用。近幾年隨著部分車用LED亮度問題的解決和成本的下降，其應(yīng)用量有所增長。國內(nèi)常見的:本田雅閣、日產(chǎn)天籟、皇冠、銳志、凱迪拉克系列、別克榮御等都已經(jīng)采用了LED尾燈。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。
另外，LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。LED燈制造及其應(yīng)用列舉如下：
1、LED芯片熒光節(jié)能燈
2、卡合連接的汽車LED燈組件
5、具有發(fā)光二極管(LED)的信號燈
6、尤其用于機(jī)動車燈盒的柔性LED多重模塊
8、混合集成LED高效率全色彩燈
9、用作信號燈的LED燈
10、LED燈及其制造方法
11、LED光源組件及用其制作的整體式礦用頭燈
12、帶LED燈的揚聲器系統(tǒng)及其控制裝置
13、發(fā)光二極管（LED）柔光管形燈（日光燈）
14、發(fā)光二極管、LED燈及燈具
15、可調(diào)整色溫的LED燈
16、LED逐點控制數(shù)碼美耐燈
18、高效節(jié)能LED植物生態(tài)燈
19、LED燈設(shè)備及方法
20、LED自啟式小夜燈
LED燈的分類
1． LED燈按發(fā)光管發(fā)光顏色分
按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。
根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。
2． LED燈按發(fā)光管出光面特征分
按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、 φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。
從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：
（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。
（2）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。
（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。
3． 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分
按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。
4． 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分
按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。
除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法
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