2008264205呂彬華-LED與半導(dǎo)體照明的優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)(精)

1、LED 與半導(dǎo)體照明的優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)姓名：呂彬華 專(zhuān)業(yè)：08 光信息科學(xué)與技術(shù)二班學(xué)號(hào)：2008264205LED （ Light Emitting Diode ）即發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo) 體期間，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。其原理是，當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P 區(qū)注入到 N 區(qū)的空穴和由 N 區(qū)注入到 P 區(qū)的電子，在 PN 結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電 子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)入與

2、發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg 有關(guān)，即入 1240/Eg （nm）。式中 Eg 的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm 紫光780nm 紅光），半導(dǎo)體材料的 Eg 應(yīng)在 3.261.63eV 之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光。 現(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管。LED 半導(dǎo)體照明有以下各方面的優(yōu)點(diǎn)：1、高節(jié)能節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，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 鳩上。2、壽命長(zhǎng)LED 光源有人稱(chēng)它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒

3、、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命理論可達(dá)6 萬(wàn)到 10 萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng) 10 倍以上。3、多變幻LED 光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256 級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生 256X256X256=16777216 種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。4、利環(huán)保環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)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。5、咼新尖與傳統(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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、

4、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(dǎo)體光電 器件“高新尖”技術(shù)，具有在線(xiàn)編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。LED 在照明工程中的應(yīng)用方向：1 建筑物外觀照明對(duì)建筑物某個(gè)區(qū)域進(jìn)行投射，無(wú)非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具，這 與傳統(tǒng)的投光燈具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，線(xiàn)性投射燈具的研發(fā)無(wú)疑成 為L(zhǎng)ED投射燈具的一大亮點(diǎn)，因?yàn)樵S多建筑物根本沒(méi)有出挑的地方放置傳統(tǒng)的投光燈。它的 安裝便捷，可以水準(zhǔn)也可以垂直方向安裝，與建筑物表面更好地結(jié)合，為照明設(shè)計(jì)師帶來(lái)了新 的照明語(yǔ)匯，拓展了創(chuàng)作空間。并將對(duì)現(xiàn)代建筑和歷史建筑的照明手法產(chǎn)生了影響。2、景觀照明由于

5、LED不像傳統(tǒng)燈具光源多是玻璃泡殼，它可以與城市街道家具很好的有機(jī)結(jié)合。 可以在城市的休閑空間如路徑、樓梯、甲板、濱水地帶、園藝進(jìn)行照明。對(duì)于花卉或低矮的灌 木，可以使用LED作為光源進(jìn)行照明LED隱藏式的投光燈具會(huì)特別受到青睞。 固定端可 以設(shè)計(jì)為插拔式， 依據(jù)植物生長(zhǎng)的高度，方便進(jìn)行調(diào)節(jié)。3、標(biāo)識(shí)與指示性照明需要進(jìn)行空間限定和引導(dǎo)的場(chǎng)所，如道路路面的分隔顯示、樓梯踏步的局部照明、緊急 出口的指示照明，可以使用表面亮度適當(dāng)?shù)腖ED自發(fā)光埋地?zé)艋蚯对诖怪眽γ娴臒艟?，如?劇院觀眾廳內(nèi)的地面引導(dǎo)燈或座椅側(cè)面的指示燈，以及購(gòu)物中心內(nèi)樓層的引導(dǎo)燈等。另外，L ED與霓虹燈相比，由于是低壓，沒(méi)有易碎的

6、玻璃，不會(huì)因?yàn)橹谱髦袕澢黾淤M(fèi)用，值得在 標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)中推廣使用。4、室內(nèi)空間展示照明就照明品質(zhì)來(lái)說(shuō)，由于LED光源沒(méi)有熱量、紫外與紅外輻射，對(duì)展品或商品不會(huì)產(chǎn)生 損害，與傳統(tǒng)光源比較，燈具不需要附加濾光裝置，照明系統(tǒng)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，易于安裝。其 精確的布光，可作為博物館光纖照明的替代品。商業(yè)照明大都會(huì)使用彩色的LED，室內(nèi)裝飾 性的白光LED結(jié)合室內(nèi)裝修為室內(nèi)提供輔助性照明，暗藏光帶可以使用LED，對(duì)于低矮的 空間特別有利。5、娛樂(lè)場(chǎng)所及舞臺(tái)照明由于LED的動(dòng)態(tài)、數(shù)字化控制色彩、亮度和調(diào)光，活潑的飽和色可以創(chuàng)造靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的照明效果。從白光到全光譜中的任意顏色，LED的使用在這類(lèi)空間的照明中開(kāi)啟

7、了新的思 路。長(zhǎng)壽命、高流明的維持值（10 , 000 小時(shí)后仍然維持 90%的光通），與PAR燈和金鹵燈 的 50250 小時(shí)的壽命相比，降低了維護(hù)費(fèi)用和更換光源的頻率。另外，LED克服了金鹵 燈使用一段時(shí)間后顏色偏移的現(xiàn)象。與PAR燈相比，沒(méi)有熱輻射，可以使空間變得更加舒 適。目前LED彩色裝飾墻面在餐飲建筑中的應(yīng)用已蔚然成風(fēng)。6、與工業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合LED是近年來(lái)歐洲產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的寵兒，他們將LED作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)元素的一部分，馳騁于想象的空間，將光、玻璃或其它材料結(jié)合在一起，成為美輪美奐的藝術(shù)品。隨著 LED 照明以驚人的速度迅速崛起，LED 在照明應(yīng)用中的一些不足也慢慢得到改進(jìn)。下面對(duì) 3 種

8、光源照明裝置的特性進(jìn)行對(duì)比：表 1 三種光源照明裝置的燈具特性特性種類(lèi)1 個(gè)光源 的光通量（lm/W）綜合效率平均顯示指平均壽命每單位光通顏色種 類(lèi) 調(diào)光的難易度(lm/W)數(shù)（）(h)量的價(jià)格（相對(duì)值）白熾燈燈具200-1500-121001000-20001電燈泡 色容易白熾燈泡形的熒光燈燈具/、500-1500-7060-846000-130001/4任意色稍難LED 照明燈具/、10-100-8070-9020000-500004任意色容易顯色指數(shù).是衡量光源顯現(xiàn)被照物體真實(shí)顏色的能力參數(shù)，它能直接地描述電光源顯色性能的高低。以太陽(yáng)光的R=100 為標(biāo)準(zhǔn)，光源實(shí)際的 R（0-100 越

9、高，光源顯色性能越接近于太陽(yáng)光，對(duì)顏色的再現(xiàn)越接近自然原色。迄至 2009 年，LED 照明打倒了顯色指數(shù)接近自然的=80 水平。其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，燈光的質(zhì)量也愈益收到重視。用白光 LED 照明對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光LED 通常采用兩種方法形成，第一種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。白光 LED 照明新光源的應(yīng)用前景。為了說(shuō)明白光 LED 的特點(diǎn)，先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為1224 流明/瓦；熒光燈和 HID 燈的光效為 50120流明/瓦。對(duì)白光 LED 在 1998 年，白光

10、 LED 的光效只有 5 流明/瓦，到了 1999 年已達(dá)到 15 流明/瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在2000 年時(shí)，白光 LED 的光效已達(dá) 25 流明/瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測(cè)，到2005 年，LED 的光效可達(dá) 50 流明/瓦，到 2015年時(shí)，LED 的光效可望達(dá)到 150200 流明/瓦。那時(shí)的白光 LED 的工作電流便可達(dá)安培級(jí)。由 此可見(jiàn)開(kāi)發(fā)白光 LED 作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實(shí)。普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價(jià)格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護(hù)工作量大，但若用白光LED 作照明，不僅光效高，而且壽命長(zhǎng)（連續(xù)工作時(shí)間10000小時(shí)以上），幾乎無(wú)需維護(hù)。目前，德國(guó)Hella 公司利用白光 LED 開(kāi)發(fā)了飛機(jī)閱讀燈；澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED 作路燈照明；我國(guó)的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈?？梢灶A(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)，白光LED 定會(huì)進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈?？偟膩?lái)說(shuō)，LED 在照明領(lǐng)域的使用目前還受到技術(shù)水準(zhǔn)和價(jià)格的限制，目前我國(guó)LED在 照明領(lǐng)域應(yīng)用的困難是