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LED原理,亮度,节能效应,寿命及应用
发布日期:2010/10/20 14:42:11  点击次数:4650
 

LED是发光二极体( Light Emitting Diode, LED)的简称,也被称作发光二极管,这种半导体组件发展以来一般是作为指示灯、显示板,但目前随着技术增加,已经能作为光源使用,它不但能够高效率地直接将电能转化为光能,而且拥有最长达数万小时~10 万小时的使用寿命,同时具备不若传统灯泡易碎,并能省电,同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优点。

随着白光LED的出现与更多科技的导入,目前在家用电器及笔记本电脑的指示灯、汽车防雾灯、室内照明等照明设备日渐蓬勃,LED的应用越来越普遍。

LED的发明

在1955年时,美国无线电公司(Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein发现了砷化鎵(GaAs)与及其他半导体合金的红外线放射作用,而1962年美国通用电气公司(GE)的Nick Holonyak Jr则开发出可见光的LEDLED。不过,LED真正的起飞是在1990年代白光LED出现后,才开始渐渐被重视,而应用面越来越广。

LED的发光原理

LED是一种可以将电能转化为光能的电子零件,并同时具备二极体的特性,也就是具备一正极一负极,LED最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光,故一般给予直流电时,LED会稳定地发光,但如果接上交流电,LED会呈现闪烁的型态,闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。LED的发光原理是外加电压,让电子与电洞在半导体内结合后,将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线,而业界也有紫色~紫外线的LED,近年来LED最吸引人的发展是在蓝光LED上涂上萤光粉,将蓝光转化成白光的白光LED产品。LED之所以被称为世纪新光源,原因在于LED具备点光源与固态光源的特性,能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。

LED的亮度:

在讨论LED产品会看的发光亮度有3种单位,分别是照度单位勒克司(Lux)、光量单位流明(Lumen;lm)、发光强度单位烛光(Candle power;CD),3种单位各自有适合使用的领域,但是在数值上是互通的。

1 CD表示完全辐射的物体,在白金凝固点温度下,每六十分之一平方公分面积的发光强度。适合用在主动发光灯具领域,如白热灯泡。

1 lm表示1 CD光照射在距离为1公分,面积为1平方公分平面上的光量。适合用在反射灯具与穿透灯具领域,如投影机。

1 Lux表示指1 Lm光量均匀分佈在1平方米面积上的照度。适合用在摄影领域。

一般而言,单一LED的发光强度以CD为单位,并配上视角参数,而LED的发光强度从各位数mCD到5,000mCD不等。厂商在标示LED单一产品时,其发光强度规格是说LED在20mA电流下点亮时,最佳视角上和中心位置上发光强度最大点的发光强度。

LED的节能效益

基于环保立场以及节约能源诉求,全球各国政府重视LED与节能灯具带来的经济与节能效益,而厂商也看好这次照明革命的商机而纷纷投入。除了欧盟与美国国会均进行阶段性禁止白炙灯泡的使用外,目前已经有加拿大宣佈2010年全面禁用白炙灯泡,而美国加州在内的部份州,也要在2012年禁止白炙灯泡,而澳洲则宣佈在2010年全面禁止贩售白炙灯泡,中国、日本也有LED的奖励方案在规划中。

虽然目前市面上已经有另一种节能灯具产品省电型萤光灯(CFL),但由于其照明品质仍旧不够,啟动时间较一般白炙灯泡长,而且不能调整光源输出亮度,普及度仍不够高。LED则具备更多的节能效益,并且藉由技术的提昇,亮度已经达到让人满意的程度,但价格高昂是一大问题,未来随着全球LED厂商的量产脚步加快,价格降低后可加速LED灯具的普及程度。

LED的寿命:

一般LED的发光寿命很长,产品大多标明为100,000小时以上,但事实上LED的亮度是会衰减的,在运用一段时间后,亮度会衰捡到原本的一半或甚至更少。但所幸随着业界技术的进步,减少LED亮度衰减问题的方案很多。在生产过程中,选用如4元素LEC材料能够拥有较久的亮度衰减週期,而厂商使用的 LED工艺与成品究竟能耐用多久有很大的关係,配色也是LED厂的生产关键。

LED的使用寿命,比一般白炙灯泡的1,000小时、日光灯具的1万小时,LED使用寿命可达5万小时,大幅降低灯具替换的成本。这项特性帮助 LED 灯具在价格竞争上,有了将一般灯泡替换成LED的好理由,更可藉由这项优势,让许多原本因经济考量而不能全天开啟的环境,藉由LED照明让公共或私人场所更安全。比如说公共停车场、冰箱等等应用范围,美国最大零售业者威名百货(Wal-Mart),日前就已经将该公司的冷冻设备改採省电的LED产品。

LED较明显的缺点就是散热问题,不当的散热将导致LED灯具的光度与使用寿命衰减,所幸这部份藉由新技术的加持,渐渐也有了显着的改善。

LED的应用:

除了我们熟知的各种电子产品上面的LED指示灯外,LED屏幕、LED照明、液晶屏幕用的LED背光源、手机上按键的LED背光、新世代的OLED 屏幕、PLED屏幕等等各式各样关于LED的应用正逐渐稳定的发展中,部份领域的LED应用因为市场发展趋于成熟,普及的速度开始加快,也无形中创造出惊人的商机。

目前高亮度白光LED光源,是目前美欧日LED大厂竞相研发的重点,预估到了2011年后,LED将在一般照明市场中大规模普及。虽然亚洲在 2006年高亮度的生产规模占全球76%市佔率,不过白光LED光源专利为日本的日亚化(Nichia)和T.G.、美国的Cree以及欧洲的 Philips Lumileds和Osram五大厂所掌握;中游模组虽无标准规格,但仍为国际大厂包括National、Laminar、Osram、Lumiled、 Vishay所主导;美国与日本也开始积极制订照明应用器具安规及能源标准。

LED现阶段最大的应用是手机按键的背光源,各种电子展品的指示灯,而最近应用在广告看板的大型LED屏幕,还有应用在液晶屏幕的背光源也越来越受到瞩目,LED的应用面日趋广泛。预估在2007下半年可以看到更多LED产品的问世,而2008年LED照明产品能够进一步地下降到部份消费者能接受的程度,未来的发展端看各国政府积极应用LED于公共事业的速度,可望加速LED价格的下滑,当消费者采用的程度也提高,届时产生的经济效益与节能效益很可观。

 
 
 
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