LED在绿色照明领域中的应用

浅谈LED在绿色照明领域中的应用

摘要文章介绍了led的起源和发展，阐述了led的发光原理及特性，论述了led现阶段的主要应用领域，对led在未来照明领域的发展进行了展望。

关键字led 发光二极管节能

中图分类号： tu731.4 文献标识码： a 文章编号：

照明的发展经历了第一代的白炽灯，第二代的低气压气体放电灯（荧光灯、低压钠灯），第三代的高强度气体放电灯（高压汞灯、金卤灯、高压钠灯），到如今的第四代led灯。今天似乎全世界的目光都聚焦在led这个新型的光源上，其被誉为21世纪的绿色照明产品。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源（有利于led的灯具设计）、薄型灯具，灯具材料选择范围大，不需要加反射器，低压，没有紫外辐射，尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上led光源的生产可实现无汞化，对于环境保护和节约能源更具有重要意义。

国家为推广这种节能环保的能源也制订了一系列支持、扶持政策。根据最近国家《半导体照明节能产业规划》，2010年普通照明产品市场占有率为27.50%，传统高效照明产品市场占有率为72.3%，led照明产品却仅有0.2%。而2015年的发展目标是，60w 以上普通照明用白炽灯全部淘汰，普通照明产品市场占有率将降到10%以下；传统高效照明产品稳定在70%左右；led照明产品占有率提升到20%以上。

下面通过具体介绍led灯的发光原理、特性，led主要应用领域，及应用中出现的问题来详细说明这种新能源。

（一）led的发光原理——电子和空穴再结合时产生的多余能量变成光。

led是一种半导体pn结二极管。 p型半导体为空穴多的半导体，n型半导体为电子多的半导体，这两个结合后即成为led芯片的基本结构。

当给led芯片加正向偏置电压时，电子与空穴在led芯片中移动，产生了电流。在移动的途中遇到相反符号的电子和空穴时发生碰状后结合。这种现象称为再结合。根据能量守恒定理，在再结合后的状态下，产生的能量要小于电子和空穴各自所带的能量。此时，产生的多余能量将以光子形式释放，这就是led的发光原理。不像白炽灯等能过使物体升温而发光，led这种发光的原理使其成为一种固体冷光源。

（二）白色led的发展过程

所谓led，是将light＝“灯光”emitting＝“发出”diode＝“半导体”这三个英文单词的字头拼到一起组成，也称为发光半导体，是一种通电后“发光的半导体”。

led发展史：

1962年：ge、monsanto、ibm的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓（gaasp）半导体化合物

1965年：红色led诞生

1968年：橙色、黄色led诞生

1971年：绿色led诞生

1994年：蓝色led诞生

1996年：白色led被应用（蓝色led＋黄色荧光体）

（三）白色led的基本原理——蓝色led+黄色荧光粉

目前市场上，常见白光led发光原理基本上有四种形式：

1）、蓝光led激发黄色荧光粉，从而得到白光；

2）、蓝光led激发绿色+红色荧光粉，从而得到白光；

3）、红、绿、蓝光led通过rgb配色原则形成白光；

4）、紫外uv-led激发rgb三基色荧光粉，从而形成白光。

综合考虑形成白光的成本，以及稳定性，第一种方式是最成熟，且被广泛应用于生活的形式。其原理即使用蓝色led产生的蓝色光激发黄色荧光粉使得“黄色光”与led本身的“蓝色光”混光，制作出白色光。

随着技术的不断成熟，白光led的光效由开始10lm/w，提高到了现在的150lm/w，这就为白光led照明灯具的应用提供了有力的保障。

led的优点

高效节能

led最大的优势体现在节能上。led采用直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06w），电光功率转换接近100%。据统计白光led的能耗仅为白约炽灯的1/10，节能灯的1/4。

光源光效（lm/w）=光源光通量（lm）/光源功率（w）

典型光源光通量（lm）、光源功率（w）、光源光效（lm/w）比较：白光led直管： 2000lm——20w——100lm/w

荧光灯： 3250 lm——36w——90lm/w

白炽灯： 540lm——60w——9lm/w

长寿命

led为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点。led灯、荧光灯、白炽灯使用时间比较：

led灯：40000小时（光束维持率70%）；

荧光灯：15000小时~20000小时；

白炽灯：1000小时~1500小时

以1日10小时点灯时间计算，1年点灯时间约3000小时，那么led灯8~10年需要更换一次灯具。从而大大减少了维修烦恼和更换次数，节省材料成本和人工费用，并能确保长期正常使用。

多变幻

led光源可利用红、绿、篮三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256＝16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的

动态变化效果及各种图像。利用该特点，现在60%以上的夜景照明均采用led灯具来渲染，给夜晚的城市增添更多的色彩。

可控制

与传统光源单调的发光效果相比，led光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。

环保

光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含诸如水银、铅等环境污染物，不会污染环境，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。此特点可以应用于食品、化妆品、画室、衣料照明等行业领域。

低温状态下瞬时启动、发光效率不降低

led为固态冷光源，在低温环境下不需要特殊电路即能达到瞬时启动。led在低温环境下发光效率几乎不受影响，甚至有可能好于常温环境。

防潮、抗震动

由于led的外部多采用环氧树脂来保护，所以密封性能和抗冲击的性能都很好，不容易损坏。它可以应用于水下照明。

除上述特点外，led光源还有：低热量、小型化、响应时间短等，这些都使led光源具有很大的优势，为应用于实际生产生活中创造了有利条件。

白光与常规光源的主要技术特性比较：