1 原理
LED随身灯
LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
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,低光视效能的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。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。
对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射,峰值550nLED灯m。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到白光。
对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法,构造简单、成本低廉、技术成熟度高,因此运用最多。
2 历史
3 特点
1、节能:白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10,节能灯的1/4.
2、长寿:寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓"一劳永逸"。
3、可以工作在高速状态:节能灯如果频繁的启动或关断,灯丝就会发黑,很快的坏掉,所以更加安全。
4、固态封装,属于冷光源类型。所以它很好运输和安装,可以被装置在任何微型和封闭的设备中,不怕振动。
5、led技术正日新月异的在进步,它的发光效率正在取得惊人的突破,价格也在不断的降低。一个白光LED进入家庭的时代正在迅速到来。
6、环保,没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装,不用厂家回收都可以通过其它人回收。
7、配光技术使LED点光源扩展为面光源,增大发光面,消除眩光,升华视觉效果,消除视觉疲劳。
8、透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用,避免了光的重复浪费,让产品更加简洁美观。
9、大功率led平面集群封装,及散热器与灯座一体化设计。充分保障了led散热要求及使用寿命,从根本上满足了LED灯具结构及造型的任意设计,极具LED灯具的鲜明特色。
10、节能显著。采用超高亮大功率led光源,配合高效率电源,比传统白炽灯节电80%以上,相同功率下亮度是白炽灯的10倍。
11、超长寿命50,000小时以上,是传统钨丝灯的50倍以上。LED采用高可靠的先进封装工艺—共晶焊,充分保障LED的超长寿命。
12、无频闪。纯直流工作,消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。
13、绿色环保。不含铅、汞等污染元素,对环境没有任何污染。
14、耐冲击,抗雷力强,无紫外线(UV)和红外线(IR)辐射。无灯丝及玻璃外壳,没有传统灯管碎裂问题,对人体无伤害、无辐射。
15、低热电压下工作,安全可靠。表面温度≤60℃(环境温度Ta=25℃时)。
16、宽电压范围,全球通用LED灯。85V~ 264VAC全电压范围恒流,保证寿命及亮度不受电压波动影响。
17、采用PWM恒流技术,效率高,热量低,恒流精度高。
18、降低线路损耗,对电网无污染。功率因数≥0.9,谐波失真≤20%,EMI符合全球指标,降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染。
19、通用标准灯头,可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯。
20、发光视效能率可高达80lm/w,多种LED灯色温可选,显色指数高,显色性好。
很明显,只要LED灯的成本随led技术的不断提高而降低。节能灯及白炽灯必然会被LED灯具所取代。
国家越来越重视照明节能及环保问题,已经在大力推行使用LED灯具了。
4 用途介绍
5 LED开发
对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。 1998 年发白光的 LED 开
发成功。这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石( YAG )封装在一起做成。 GaN 芯片发蓝光( λ p =465nm , Wd=30nm ),高温烧结制成的含 Ce3+ 的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值 550nm 。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有 YAG 的树脂薄层,约 200-500nm 。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。对于 InGaN/YAG 白色 LED ,通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温 3500-10000K 的各色白光。
蓝光LED技术,简单来说就是一种更为节能高效的灯光产生方式,同时也能应用到相机、手机等科技产品中。用蓝光LED技术制造的照明设备,能效更高,大大降低地球能源使用量。根据已有的数据显示,全世界的25%电力都被用于照明作用,而使用LED灯具之后,用于照明的电力降低到4%,而这无疑改变了整个世界。
从1907年LED效应发现到1993中村修二正式发明LED,再到1999年1W的LED灯正式商业化使用,LED经历了将近一百年时间的发展。在此之前,人们一直使用的是上个世纪爱迪生发明的白炽灯泡,而白炽灯泡浪费了绝大部分能量在发热上,大概有九成的电力都被浪费。
LED灯具的出现,极大地降低照明所需要的电力,同样瓦数的LED灯,所需电力只有白炽灯泡的1/10,同时LED具有寿命长、环保、免维护等优点,迅速取代白炽灯的位置。2012年,中国政府宣布,全面禁止销售和进口100瓦以上的普通照明用白炽灯,陪伴老一辈中国人几十年的白炽灯即将走到历史的尽头。
正如在诺贝尔物理学奖颁奖词中写到的那样:“白炽灯照亮20世纪,而LED灯将照亮21世纪。”
[1]
6 节能特性
1.LED光源发光效率高
发光效率比较:白炽灯光效在10-15lm、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-90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:可发到50-200流明/瓦,而且发光的单色性好,光谱窄,无需过滤,可直接发出有色可见光。
2.LED光源耗电量少
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毫安反映速度快,可在高频操作,用在同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯的万分之一,荧光管的二分之一,日本估计,如采用光效比荧光灯还要高2倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯、每年可节约相当于60亿升原油,同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有18瓦。
3.LED光源使用寿命长
白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧,热沉积、光衰减等特点,而采用LED灯体积小,重量轻,环氧树脂封装,可承受高强机械冲击和震动,不易破碎,平均寿命达3-5万小时,LED灯具使用寿命可达3-5年,可以大大降低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。
4.安全可靠性强
发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸,能精确控制光型及发光角度、光色和、无眩光、不含汞,钠元素等可能危害健康的物质。
5.LED光源有利环保
LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生改善人们生活居住环境,可称“绿色照明光源。”
生产白光LED技术目前有三种:一种,利用三基色原理和已能生产的红、绿、蓝三种超高亮度LED按光强3:1:6比例混合而成白色,二种,利用超高度InGan蓝色LED,其管总上加少许的钇钻石榴为主体的荧光粉、它能在蓝光激发下产生黄绿光、而此黄绿光又可与透出的蓝光合成白光,三种是不可制紫外光LED,采用紫外光激三基色荧光粉或其他荧光粉,产生多色混合而成的白光。
6.LED光源更节能
当然,节能是我们考虑使用LED的最主要原因,也许LED要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。
7 关注几点
1、小心低价陷阱,LED光源价格差别很大,同颜色同亮度的LED,价格上都能相差几倍。这种差距主要体现在LED的可靠性和光衰、外观工艺等性能上面。价格低的LED其芯片尺寸较小,电极比较粗糙,所使用的材料(荧光粉及胶水)较差,耐电流、温湿度变化差,光衰快、寿命短,所以一味追求低价可能得不偿失。
2、认清相关标准,从安全角度看,产品应符合相关的国际、国家标准。由于LED是新产品,中国国家标准滞后,仅提供产品合格测试。所以国际安全认证(如GS、CE、UL等)才是衡量LED灯品质的标准,同时拥有国际安全认证和国家产品质量合格证的厂家并不多,采购时需要仔细鉴别证书真伪。有国际安全认证的产品,价格一般较高。
3、选用恒流电源的LED灯,LED驱动电源的电阻、电容、IC等元器件价格差别很大,整个电源所采用的方案和线路本身设计的合理性都会直接影响产品的质量。有的驱动电源只是恒压,并没有做到恒流,而LED灯必须要恒流才能更好的确保品质和使用寿命。所以,采购时这一点需要额外注意,特别是对大功率LED灯。
2、认清相关标准,从安全角度看,产品应符合相关的国际、国家标准。由于LED是新产品,中国国家标准滞后,仅提供产品合格测试。所以国际安全认证(如GS、CE、UL等)才是衡量LED灯品质的标准,同时拥有国际安全认证和国家产品质量合格证的厂家并不多,采购时需要仔细鉴别证书真伪。有国际安全认证的产品,价格一般较高。
3、选用恒流电源的LED灯,LED驱动电源的电阻、电容、IC等元器件价格差别很大,整个电源所采用的方案和线路本身设计的合理性都会直接影响产品的质量。有的驱动电源只是恒压,并没有做到恒流,而LED灯必须要恒流才能更好的确保品质和使用寿命。所以,采购时这一点需要额外注意,特别是对大功率LED灯。
8 发展史
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
发光二极管的构造图
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。高光效、低光衰大功率LED,已广泛应用于路灯、工矿灯、隧道灯、射灯、日光灯等诸多照明领域,深受业界一致好评。1. 采用固态半导体器件晶片自主封装发光效率高,1W的亮度可达到普通日光灯3W的效果,节约60%的电量,具有良好的光衰表现,耐高温pc塑料材料精制。
2. 较低的vf值(3.1v-3.5v),可降低耗散功率减少发热量,延长LED的工作时间。
3. 采用独创的环氧树脂封装工艺以电子的形式发出能量,正白和暧白的流明值可做到差不多.产品无光斑色圈、显色高,一致性好。
4.透镜经过特殊方法处理保证不会掉落。
5.用途
LED路灯,LED射光.LED灯饰, led射灯 大功率60W 80W 120W 160W 180W LED装饰灯LED照明灯 LED路灯LED工矿灯LED照明LED舞台灯。
9 预防办法
1)LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯灯饰点不亮,这种情况一般不会影响其它的LED灯的工作
2)LED灯的内部连接引线断开,造成LED无电流通过而产生死灯,这种情况会影响其它的LED灯的正常工作
人体静电对LED的损害也是很大的,工作时应穿防静电服装,配带静电环,静电环应接地良好,有一种不须要接地的静电环防静电的效果不好,建议不使用配带该种产品,如果工作人员违反操作规程,则应接受相应的警示教育,同时也起到告示他人的作用。人体带静电的多少,与人穿的不同面料衣服、及各人的体质有关,秋冬季黑夜我们脱衣服就很容易看见衣服之间的放电现象,这种静电放电的电压就有三千伏。
有些企业采用手工焊接,使用40瓦普通烙铁,焊接温度无法控制,烙铁温度在300-400℃以上,过高的焊接温度也会造成死灯,LED引线在高温下膨胀系数比在150℃左右的膨胀系数高好几倍,内部的金丝焊点会因为过大的热胀冷缩将焊接点拉开,造成死灯现象。
防止损坏
LED之所以有很长的寿命,也只是相对于在比较适合的工作环境,而造成LED灯饰损坏的主要有两种成因:一是过电冲击,就是LED上施加的电流超过该LED技术数据手册中的最大额定电流,包括过压引起的过电冲击;另一种是过热损伤。可是我们在现实中该怎么防止LED灯饰被损坏呢?
首先,防止电冲击,防止发生瞬态过电流。一般发生电冲击的都是由于极大的瞬态过电流引起,其造成的直接后果就是导致靠近焊接线的其他部分损坏,例如密封材料。
其次,做好散热系统,如今国内对于LED散热系统的相关技术还不是很成熟,而过大的热量会直接导致LED灯饰内部器件损坏,从而导致LED灯饰失效。
10 商业运用
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,人们对商业空间的要求也越来越高。照明是店铺空间的重要组成部分之一,灯光设计能够吸引和引导消费者的目光。
通过空间光环境的塑造,塑造出引人入胜的展示空间和展示形象,采用多种照明手法展示店铺主题形象,让人产生联想,唤起消费者的共鸣,建立与消费者互通的情感交流。
1、食品店
食品店由食品摆放的差别分为柜台式和立柜式销售模式,不同的模式所采用照明方式也不同。由于食品本身的体积较小,色彩比较丰富,其照明的强度和显色要求较高。食品店一般由分柜台销售区、收银区和通道区组成。
推荐产品配置:柜台销售区:立柜销售区:收银区:通道区:
2、西点店
西点店铺以经营面包、蛋糕为主,展示上就要求高显色,强调色泽鲜亮、新鲜等因素,对照明的要求较高。在满足上述展示的重点因素外,还需要营造一个舒适的购物环境。同时就西点店铺衍生出的就餐区域,照明应同时考虑功能性和就餐、休闲氛围的营造。
推荐产品配置:展示区:收银区:通道区:就餐区:
3、通讯店
通讯行业的终端模式分为两类:一类是大卖场,一类是专卖店,以柜台形式销售。功能上分为:通道区、柜台和销售区。
单一品牌即有销售功能,又承载了品牌推广和服务功能,可分为销售区、入口形象区、体验区、售后服务区。