什么是LED燈及LED的種類

來源：中華蓄電池技術網日期：2009-6-30 作者：點擊：

目前，應用于太陽能光伏系統照明的燈首選LED燈，因為其節能環保。此雖非蓄電池領域，但考慮到我們的儲能電池要參與太陽能光伏系統，因此決定有必要了解一些光伏系統所配套的關鍵件，這便是選擇本文的理由。

一、LED的結構及發光原理　　

LED是英文light emitting diode（發光二極管）的縮寫，是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，它改變了白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色粉發光的原理，而采用電場發光。它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極管產生于1960年。

　　發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

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，其發光效率可達80～90%。將LED與普通白熾燈、螺旋節能燈及T5三基色熒光燈進行對比，結果顯示：普通白熾燈的光效為12lm／W，壽命小于2000小時，螺旋節能燈的光效為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。有人還預測，未來的LED壽命上限將無窮大。具體表現在以下幾方面：

　　1、電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據產品不同而異，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境

　　4、穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%

　　5、響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級

　　6、對環境污染：無有害金屬汞

　　7、顏色：改變電流可以變色，發光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，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，而通常每組信號燈需由上300～500只二極管構成。

三、LED燈的優點　　

·點亮無延遲，響應時間更快，傳統玻殼燈泡則有0.3秒的延遲，防止追尾

　　·更強的抗震性能

　　·發光純度高，無需燈罩濾光，光波長誤差在10納米以內

　　·發光熱量很小，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，達到傳統燈泡同等的發光亮度時，耗電量僅為傳統燈泡的6%，省電節油

　　·超長壽命，無燈絲結構不發熱，正常使用在6年以上

　　·車輛控制電路不易氧化

四、單色光LED的種類及其發展歷史　　

最早應用半導體P-N結發光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP，發紅光（λp=650nm），在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發光效率約0.1流明/瓦。

　　20世紀70年代中期，引入元素In和N，使LED產生綠光（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80年代初，出現了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。

　　20世紀90年代初，發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發成功，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（λp=615nm）的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區域（λp=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。

五、單色光LED的應用　　

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用，產生了很好的經濟效益和社會效益。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，它產生2000流明的白光。經紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內，共耗電14瓦，即可產生同樣的光效。

　　近年來，汽車外形由于設計上的需要、空氣動力學的要求及美觀的需求，低側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展。汽車LED燈根據應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，其應用量有所增長。國內常見的:本田雅閣、日產天籟、皇冠、銳志、凱迪拉克系列、別克榮御等都已經采用了LED尾燈。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發生。

　　另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得到了應用。LED燈制造及其應用列舉如下：

　　1、LED芯片熒光節能燈

　　2、卡合連接的汽車LED燈組件

　　5、具有發光二極管(LED)的信號燈

　　6、尤其用于機動車燈盒的柔性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燈的揚聲器系統及其控制裝置

　　13、發光二極管（LED）柔光管形燈（日光燈）

　　14、發光二極管、LED燈及燈具

　　15、可調整色溫的LED燈

　　16、LED逐點控制數碼美耐燈

　　18、高效節能LED植物生態燈

　　19、LED燈設備及方法

　　20、LED自啟式小夜燈

LED燈的分類

1． LED燈按發光管發光顏色分

按發光管發光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。

根據發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。散射型發光二極管和達于做指示燈用。

2． LED燈按發光管出光面特征分

按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、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光強度角分布情況。

從發光強度角分布圖來分有三類：

（1）高指向性。一般為尖頭環氧封裝，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，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。

（2）標準型。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．按發光二極管的結構分

按發光二極管的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。

4．按發光強度和工作電流分

按發光強度和工作電流分有普通亮度的LED（發光強度100mcd）；把發光強度在10～100mcd間的叫高亮度發光二極管。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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