LED燈的特點(diǎn)
LED燈光照效率高，既滿足人們的照明要求，也注重照明方式對(duì)環(huán)境和人體的影響。LED燈的主要特點(diǎn)是:
1發(fā)光效率高、耗電量少。發(fā)光效率單位一般為流明/瓦。白熾燈光效在10-15流明/瓦、鹵鎢燈12-24流明/瓦、熒光燈50-90流明/瓦、鈉燈90-140流明/瓦，LED燈光效為100-200流明/瓦，而且發(fā)光的單色性好，可直接發(fā)出有色可見光。在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的十分之一，熒光燈的二分之一。
2工作電壓低、功耗低，方便用于無(wú)交流市電地區(qū)。LED的工作電壓低(直流2-3.6v)，只需要極微弱電流即可正常發(fā)光。夜景照明中的LED燈一個(gè)才0.06瓦，而LED路燈一個(gè)才1瓦。利用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能電池就能讓LED燈發(fā)光，可給全球15億尚未受益于電網(wǎng)的人們帶來(lái)光明。
3應(yīng)用非常靈活，可以做成點(diǎn)、線、面各種形式的輕薄短小產(chǎn)品。LED的控制極為方便，只要調(diào)整電流，就可以隨意調(diào)光強(qiáng);不同光色的組合變化多端，利用時(shí)序控制電路，更能達(dá)到豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果。
4超長(zhǎng)壽命、綠色環(huán)保。LED是固體冷光源，體積小、重量輕、無(wú)燈絲、無(wú)玻璃泡、不怕震動(dòng)，使用壽命可達(dá)5萬(wàn)-10萬(wàn)小時(shí)。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，廢棄物可回收，沒(méi)有污染，是典型的綠色照明光源。
10月7日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，日本科學(xué)家、明城大學(xué)教授赤崎勇、名古屋大學(xué)教授天野浩和美籍日裔科學(xué)家、加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校教授中村修二等3人共同獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)诠タ怂{(lán)光LED難題作出的貢獻(xiàn)。正如頒獎(jiǎng)詞中寫到的那樣:“白熾燈照亮20世紀(jì)，而LED燈將照亮21世紀(jì)”。此舉將有力地助推半導(dǎo)體(LED)照明的技術(shù)進(jìn)步和普及應(yīng)用。
LED燈是第三代照明電光源
1879年，愛(ài)迪生將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光，發(fā)明了白熾燈，第一次革命性地改變了人們的照明方式。但其電能大部分發(fā)熱耗散，只有很小一部分轉(zhuǎn)化成了光，光效12流明/瓦左右，壽命大約在2000小時(shí)。
第二代照明電光源出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代，經(jīng)濟(jì)大蕭條使照明行業(yè)開始注意光照效率，出現(xiàn)了熒光燈，爾后與鎮(zhèn)流器組合成一體則稱為節(jié)能燈。電子鎮(zhèn)流器給燈絲加熱并發(fā)射電子，碰撞燈管內(nèi)的氬原子又撞擊內(nèi)部的汞原子，使汞原子產(chǎn)生電離，并發(fā)出紫外線激起熒光粉發(fā)光。由于熒光燈工作時(shí)燈絲的溫度比白熾燈低很多，壽命達(dá)5000小時(shí)以上，其能量轉(zhuǎn)換效率高可達(dá)50流明/瓦以上，所以節(jié)約電能。但由于汞的沸點(diǎn)低，常溫下即可蒸發(fā)，廢棄燈管破碎后可使周圍空氣中的汞濃度超標(biāo)上百倍，會(huì)破壞人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，一次吸入25毫克汞蒸氣即可致死。
20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的第三代照明電光源——LED燈，更加節(jié)能且又環(huán)保，是照明行業(yè)的第三次變革。LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體電子元件。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料中，在p-n結(jié)施加反向電壓時(shí)，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。利用各種化合物半導(dǎo)體材料及通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度之變化，設(shè)計(jì)發(fā)出不同顏色的LED:砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。LED光源可利用紅、綠、藍(lán)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256×256×256(即16777216)種顏色，形成不同光色的組合。LED組合的光色變化多端，可實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。
藍(lán)光LED開啟照明新時(shí)代
對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。按照光學(xué)原理，人眼所能見的白光，需要由三波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)混合或二波長(zhǎng)發(fā)光(藍(lán)色光+黃色光)混合而成。從1962年出現(xiàn)低光度的紅光LED開始，長(zhǎng)時(shí)期只有紅色與綠色發(fā)光二極管。白光缺位是由于無(wú)法獲得藍(lán)光。因此，上世紀(jì)80年代以后，藍(lán)光LED技術(shù)成為各國(guó)大學(xué)和企業(yè)主攻的戰(zhàn)場(chǎng)。
1986年，日本名古屋大學(xué)赤崎勇和天野浩兩人首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體，他們所采用的方法是在藍(lán)寶石襯底上涂上一層氮化鋁材料，并在其上面生長(zhǎng)氮化鎵晶體。此后還在創(chuàng)設(shè)p層工作面上取得突破性進(jìn)展，用掃描電鏡產(chǎn)生的電子流提高p層的效率。1992年，他們終于制成了第一個(gè)發(fā)藍(lán)光的LED。而原在日本“日亞”公司的中村修二從1988年開始研制藍(lán)光LED，并在兩年之后成功地制成了高質(zhì)量的氮化鎵晶體。他的方法是在低溫下生長(zhǎng)一薄層氮化鎵晶體，隨后在稍高的溫度下繼續(xù)進(jìn)行晶體培養(yǎng)。他還采用了一種更簡(jiǎn)單、更便宜的加熱方法創(chuàng)設(shè)p層，并于1992年制成了具有完善功能的p層。
藍(lán)光LED技術(shù)的出現(xiàn)，可以說(shuō)是繼愛(ài)迪生發(fā)明電燈之后，人類照明歷史上最值得夸耀的技術(shù)之一。人類可以使用全新的手段產(chǎn)生白色光源，開啟照明新時(shí)代。
LED照明走進(jìn)平民百姓家
二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。2008年9月，廈門市率先在筼筜湖畔沿岸11.2公里步行道安裝了560盞太陽(yáng)能光伏與LED光源組合的步道燈，至今已使用六年了。2009年初，為了推動(dòng)中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低能源消耗，科技部推出“十城萬(wàn)盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用示范城市方案，該計(jì)劃涵蓋北京、上海、深圳、武漢、廈門等21個(gè)國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)城市。實(shí)施的示范工程超過(guò)2000項(xiàng)，應(yīng)用的LED燈具超過(guò)420萬(wàn)盞，年節(jié)電超過(guò)4億度。目前應(yīng)用得較多的是室外夜景照明，道路、隧道、廣場(chǎng)、地鐵等公共場(chǎng)所照明，路燈和隧道燈。
美國(guó)從2000年起投資5億美元實(shí)施“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，歐盟也在2000年宣布啟動(dòng)類似的“彩虹計(jì)劃”。我國(guó)科技部在2003年提出“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚(yáng)州和石家莊等七個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。
雖然現(xiàn)在LED燈價(jià)格比傳統(tǒng)照明電光源要高，但其使用一年多時(shí)間的節(jié)能就可收回投資。目前，白光LED燈的光效已突破300流明/瓦(理論值為400流明/瓦)。隨著寬譜白光LED、偏振LED，尤其是有機(jī)LED(oLED)等技術(shù)的開發(fā)，LED燈性能將進(jìn)一步提高，成本也將不斷降低，其應(yīng)用也更廣泛，節(jié)能又環(huán)保的LED燈必將進(jìn)入廣大平民百姓的家。
LED應(yīng)用可分為六類:
1.室外景觀照明;2.室內(nèi)裝飾照明;3.專用照明，如背光源、照相機(jī)閃光燈、汽車照明、臺(tái)燈、路燈、隧道燈等;4.安全照明，如礦燈、防爆燈;5.特種照明，如農(nóng)牧漁業(yè)及醫(yī)療保健用無(wú)熱輻射照明燈、治療燈、殺菌燈、農(nóng)作物及花卉等的非視覺(jué)照明燈;6.普通照明，用于辦公室、商店、酒店、家庭照明。(廈門市老科協(xié))
