一、LED概述

LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。

   发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

1）LED光源的特点

LED光源的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm／W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm／W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm／W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为20～28lm／W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。具体表现在以下几方面：

1、电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2、效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。

3、适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境

4、稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

5、响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级

6、对环境污染：无有害金属汞

7、颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色

8、价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

2）LED的基本特征有哪些?  

1光效高：      

LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦，荧光灯50-70流明/瓦，钠灯90-140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。

LED光效经改良后将达到50-200流明/瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过虑可直接发出有色可见光。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。

2耗电量少：                                                                          

LED单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏，电流15-18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的十分之一。

3使用寿命长：                                                                        

　　使用寿命长达10万小时，是普通灯管的数十倍。LED体积小、重量轻、环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和振动，不宜破碎，稳定可靠，维护成本低。

4安全可靠：                                                                          

　　发热量低，无热辐射，冷光源，低电压，可以安全触摸；能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。

3）LED的优点

   ·点亮无延迟，响应时间更快，传统玻壳灯泡则有0.3秒的延迟，防止追尾

　　·更强的抗震性能

　　·发光纯度高，无需灯罩滤光，光波长误差在10纳米以内

　　·发光热量很小，对灯具材料的耐热性要求不是很高

　　·光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于减小灯具的深度

　　·耗电量低，达到传统灯泡同等的发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6%，省电节油

　　·超长寿命，无灯丝结构不发热，正常使用在6年以上

　　·车辆控制电路不易氧化

4）  LED照明的优点  

高节能：

节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。光效率高发热小，90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能　一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电）

长寿命：

LED光源被称为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）

光线健康：

光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）保护视力，直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）

环保：

LED是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）

安全系数高：

所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，可用于矿场等危险场所

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。

市场潜力大：

由于LED照明灯具以极小的功率达到5倍功率的照明灯具的效果，其配套投资小。没有整流器，低电压，冷光源不会引起火灾，所需导线规格也大大低于目前照明灯具所用导线规格，由于LED照明灯具寿命长，可维修，其后续维护量也大大小于目前的传统灯具。低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

5）单色光LED的种类及其发展历史

最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。

20世纪70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。

　　到了20世纪80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。

20世纪90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GAInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。

6）单色光LED的应用

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。

　　近年来，汽车外形由于设计上的需要、空气动力学的要求及美观的需求，低侧面流线形的外形越来越受欢迎。尾灯的形状也朝着异型化和一体化发展。汽车LED灯根据应用可分为配光用灯和装饰用灯两种，配光灯适用于仪表指示灯背光显示、前后转灯、刹车指示灯、倒车灯、雾灯、阅读灯等功能性方面；装饰灯主要用于汽车灯光色彩变换，起车内外美化作用。近几年随着部分车用LED亮度问题的解决和成本的下降，其应用量有所增长。国内常见的:本田雅阁、日产天籁、皇冠、锐志、凯迪拉克系列、别克荣御等都已经采用了LED尾灯。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

7）LED日光灯与传统的日光灯

采用CREE与AOD超高亮LED白光作为发光光源，外壳为亚克力/铝合金（客户定义）。

LED日光灯与传统的日光灯在外型尺寸口径上都一样，长度有60cm和120cm、150cm三种，其功率分别为10W、16W和20W，而20W传统日光灯（电感镇流器）实际耗电约为53W，40W传统日光灯（电感镇流器）实际耗电约为68W；10WLED日光灯亮度要比传统40W日光灯还要亮，16W LED日光灯要比传统64W日光灯还要亮，

LED日光灯亮度尤其显得更柔和更使人们容易接授。使用寿命在5万-8万小时供电电压为为AC85V-260V(交流)，无需起辉器和镇流器，启动快，功率小，无频闪，不容易视疲劳。它不但超强节能更为环保。是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统的日光灯的主要产品。

LED日光灯安装非常简单，安装时将原有的日光灯取下换上LED日光灯，并将镇流器和起辉器去掉，让220V交流市电直接加到LED日光灯两端即可。　

LED日光灯节电高达80％以上，寿命为普通灯管的10倍以上，几乎是免维护，不存在要经常更换灯管、镇流器、起辉器的问题，约半年下来节省的费用就可以换回成本。绿色环保型的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于工人的视力保护及身体健康，6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，提高效率。

适用范围：写字楼、工厂、商场、学校、居家等室内照明。