发光二极管灯具,亦称LED灯具,以其***、节能、长寿、小巧等技术特点,正在成为新一代照明市场的主力产品,且有力地拉动环保节能产业的高速发展。
半导体发光二极管灯具即LED(Light Emitting Diode)灯具,是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
发光原理
PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。
由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。
前景
当前***能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们未来面临的重要的问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。世界上一些经济发达***围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起***5亿美元实施“***半导体照明计划”,欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下,2003年6月份***提出发展半导体照明计划。
灯具类型
目前市面上常见的LED照明灯具类型主要有以下几种产品类型:LED射灯、LED灯杯、LED灯座、LED灯头、LED灯带、LED灯管、LED灯具、LED灯条、LED软灯条、LED灯串、LED灯泡、LED灯珠、LED灯芯、LED芯片、LED筒灯、LED蜡烛灯、LED星星灯、LED感应灯、小功率LED灯、大功率LED灯、大功率LED节能灯、LED流星雨灯、LED空气***净化灯、LED声控灯、LED平板灯、LED触摸灯、LED半导体照明、LED大功率天花灯、LED防爆灯、LED管屏、LED防爆防腐防尘灯、LED固态免维护防爆灯、LED日光灯透镜、LED防爆投光灯、LED大功率灯、LED日光灯、LED电视、LED背光、LED车灯、LED补光灯、LED***筒、LED投光灯、LED斗胆灯、LED玉米灯、LED埋地灯、LED橱柜灯、LED舞台灯、LED商场灯、LED车床专用灯、LED牙灯、LED矿用架线机车灯、LED防爆平台灯、LED隧道灯、其他LED分类产品。
应用
(1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用。LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点,广泛应用于各种室内、户外显示屏,分为全色、双色和单色显示屏;交通信号灯主要用超高亮度红、绿、***LED,采用LED 信号灯既节能,可靠性又高,故交通信号灯正在逐步更新换代。
(2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车,减少汽车追尾事故。
(3) LED作为LCD背光源应用。 寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点, 已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和***机上,随着便携电子产品日趋小型化,LED背光源更具优势。
(4)LED照明光源替换传统照明灯具。这种替换趋势已经开始涉及户内外,商业照明,道路工业照明等。
(5) 其它应用如电子类产品如手机,数码播放器,电脑,收音机等。例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋,走路时内置的LED会闪烁发光。
设计理念
LED的出现打破了传统光源的设计方法与思路,有两种***新的设计理念。
1.情景照明:是2008年由飞利浦提出的情景照明,以环境的需求来设计灯具。情景照明以场所为出发点,旨在半导体发光二极管灯具在营造一种漂亮、绚丽的光照环境,去烘托场景效果,使人感觉到有场景氛围。
2.情调照明:是2009年由凯西欧提出的情调照明,以人的需求来设计灯具。情调照明是以人情感为出发点,从人的角度去创造一种意境般的光照环境。情调照明与情景照明有所不同,情调照明是动态的,可以满足人的精神需求的照明方式,使人感到有情调;而情景照明是静态的,它只能强调场景光照的需求,而不能表达人的情绪,从某种意义上说,情调照明涵盖情景照明。情调照明包含四个方面:一是环保节能,二是健康,三是智能化,四是人性化。
死灯原因
LED封装企业和LED照明灯具生产厂家都会遇到LED死灯现象,作为LED工程师分析及解决这些问题。
LED死灯原因主要有以下两点:
1)LED的漏电流过大造成PN结失效,使LED灯点不亮,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。
预防死灯
静电对LED灯来说是一种危害极大的***,全世界因为静电损坏的电子元器件不计其数,造成数千万美元的经济损失。所以防止静电损坏电子元器件,是电子行业一项很重要的工作,LED封装、应用的企业千万不要掉以轻心。任何一个环节出问题,都将造成对LED的损害,使LED性能变坏甚至失效。我们知道***(ESD)静电可以达到三千伏左右,足可以将LED芯片击穿损坏,在LED封装生产线,各类设备的接地电阻是否符合要求,这也是很重要的,一般要求接地电阻为4欧姆,有些要求高的场合其接地电阻甚至要达到≤2欧姆。
***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。***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***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。
针对上述现象,LED封装厂家和LED照明灯具应用厂家应制定严格的LED标准使用手册,在生产过程中杜绝上线现象的发生。
发展
根据市场***的报告,2010年***LED照明市场超过57亿美元。从2010年到2016年,***LED照明的市场占有率将由7%增至40%以上,2020年LED照明市场的收入将接近650亿欧元,占据***照明市场60%的份额。
中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展,中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“***半导体照明工程”的推动下,形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个***半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。
中国半导体照明产业发展向好,外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元,2010年***LED行业产值达1260亿元***,已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界***大的生产和出口国,新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色,其中户外照明发展***快,已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路,但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。
2011年LED普通照明产品的产值将达260亿元***。
2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识,有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强,核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言,壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务,提高未来取得大厂专利***时的要价能力,或逐步通过研发突破核心专利。
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0.03-0.06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。
寿命长:LED光源有人称它为长寿灯,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,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。
多变幻:LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下
LED灯具原理图
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。
利环保:环保效益更佳,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***元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。
高新尖: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,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。