LED光源的应用及前景
http://www.cnjnsb.com 2017-06-01 15:56:14

  随着全球生态环境日益恶化、资源日益短缺,环保节能的观念深入人心,其中推广LED节能灯是比较有效的措施之一,同时结合智能控制技术会极大的推动绿色照明的发展。文章介绍了LED光源的显着特性和应用现状,并阐述了LED节能灯的发展趋势。

  一、LED光源的结构与发光原理

  LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管,是由磷、砷、氮等多种化合物制成的二极管,当电子和空穴复合时便能够辐射出可见光。半导体晶片由三部分构成:

  1、P型半导体组件,即该组件通常被焊接于接通电源正极的引线架之上;

  2、N型半导体组件,即该组件通常被焊接于接通电源负极的引线架之上;

  3、PN节,即P型半导体组件与N型半导体组件之间的过渡层。另外,运用分子中含有两个或多个环氧基团的环氧树脂对以上三部分进行封闭,从而便可构成LED灯。

  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。?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。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。

  二、LED光源的特性

  LED光源是超导发光晶体在电场作用下发出可见光,具有结构简单、耐冲击、耐振动、显色性好、无频闪、无电磁高频干扰、无紫外线和红外线辐射、无汞等重金属污染、功率因数高、响应时间短、无眩光、光通利用率高等优点,是一款节能、环保、寿命长的绿色光源。LED节能灯的特点可以概括为:

  1、高效节能:目前其光效可达80~100lm/W,理论上LED灯比白炽灯节能80 %,比荧光灯节能50%。

  2、超长寿命:半导体芯片发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震动,不易破碎,使用寿命可达五万小时,而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。

  3、绿色环保:普通节能灯灯管中含有重金属汞,一旦灯管破损,汞外露,会对环境和人体造成危害,而LED节能灯不含铅、汞等污染元素,对环境没有任何污染。

  4、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。且LED节能灯直流驱动,无频闪。

  5、光效率高:LED灯发热小,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。

  此外,LED节能灯的亮度高,投光远,投光性能好,使用电压范围宽,光源通过微电脑内置控制器,可实现LED七种色彩变化,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。

  三、应用现状

  作为21世纪高新技术产业,LED照明呈现迅猛发展态势,被广泛应用于各行业,具有很好的经济效益。截止当前,LED已在我国多个行业应用较成熟,并发挥了至关重要的积极效应。

  (一)LED在显示屏中的应用

  在数字化信息快速发展的推动下,LED以其突出的优点进入显示屏行业中,使得显示屏得以优化升级,同时具备一系列优势:其一由于体积小质量轻,使得该类产品较为轻薄,增加了便携性;其二由于LED的带宽窄,发出的光颜色纯,无杂色光,覆盖整个可见光的全部波段,且可由R\G\B组合成任意需要的可见光,增加了屏幕亮度与色彩表现力,使其更具均匀性;其三由于发光效率高,续航能力显着提高;其四环保无污染。

  (二)LED在车灯中的应用

  与发达国家相比,当前LED在我国汽车市场的应用正处于起步阶段,诸多方面有待进一步成熟与完善。针对汽车应用的LED研发厂商积极性很高,而LED也确实以它的独特性吸引着车用市场。优点体现为:

  1、使用寿命较长,即汽车照明灯若使用LED,那么正常情况下该车终生无需更换灯具;

  2、高效率、低能耗,符合可持续发展战略理念;

  3、结构较简单,即内部支架结构,四周以透明的环氧树脂密封,抗震性能较好;

  4、亮度高,光线亮度衰减远低于卤素灯;

  5、低压直流电即可驱动LED,负载小,干扰弱,对使用环境要求低,较适用于汽车上;

  6、响应速度较快,点亮无延迟,通常响应时间为纳米级,适应用于移动速度快的物体;

  7、LED体积相对较小,通常不会影响到汽车整体的美观。

  缺点为:成本相对较高;光型设计难度系数较大;散热性能较差,易出现光衰现象;维修性能较差。

  LED车灯在向着平民化的车型普及。对于要求更高的车前灯,也会随着LED亮度的提高、价格的逐渐下降而获得普遍应用。在中国,新能源汽车已经进入中国十二五计划,属于国家低碳、节能、环保产业的一部分,符合国家产业支持政策,属于LED产业延伸的领域之一。

  (三)在室内、室外照明中

  LED应用在景观、商业橱窗、办公环境、隧道和工矿等照明领域。随着技术的进步,LED照明的光效在不断提高,发光效率从开始的40lm/W上升到80lm/W,而且还在不断提高,理论上发光效率可达300lm/W。目前国内加工生产LED照明的企业已达上千家,凭借着劳动力价格偏低的优势,打破了国外的价格垄断。产品的价格从开始时的60元/W~70元/W,到2014年已经降到15元/W以下,基本接近用户可接受的心理价位状态。   就当前行业发展的水准来看,LED照明还没有足够的能力打破传统照明观念,依然停留在取代型路线上;而在取代型路线里面,LED照明还必须依赖政府政策指引。也就是说,虽然LED照明在某些领取发展到足够成熟的程度,但是相对于整个市场而言,它还处在一个起步阶段。

  除此之外,人们还在不断探索LED光源的其他应用价值,如把它应用在医疗、农业、生物科学等方面,LED拥有极其广阔的市场前景。

  四、LED光源的发展前景

  LED光源的价格相对高于传统光源,这是其进入市场的障碍之一。另外,产能过剩也导致市场的竞争激烈。推动照明市场发展的关键推动力是高亮度LED和LED智能控制器的出现。采用高亮度的产品设计师面临许多设计挑战,包括散热管理、驱动方案、拓扑架构和基础设施。

  智能化应用是LED一个潜在的优势。未来的LED照明不只是带来更高的光效,还有更好的光线。在汽车中,智能化照明是未来一个流行趋势,比如按需调节灯光的明暗程度、车内灯光随外界光线而自动调整等等。而在一般照明中,智能照明具有灯光亮度调节、色温调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能,达到个性化、舒适性、二次节能、安全高效的要求。

  未来照明行业将会朝着“智能化”的趋势发展,在生产备用灯具时将传感器和智能的决策方案考虑进去,通过调整操作方式来满足用户的需求。在物联网技术下,联网照明等系统将形成楼宇管理系统的通信中枢,包括照明、安防、火灾探测、温度控制和人员检测。这些功能可以连接到使用个人电脑和便携设备的互联网,实现基于云控制、数据采集以及处理和存储,通过ios或android系统,用户可以与家庭局域网实现远程连接,实时控制照明设备。

  LED光源具有非常突出的优点,LED产业发展不仅对照明和半导体产业具有战略带动作用,而且还会引发家电、汽车、手机等一系列终端消费品的技术变革。推广LED节能灯符合我国节能减排的目标,同时,智能控制系统可以使LED彻底摆脱传统照明定义的束缚,推进绿色照明变革。但在现实中还存在许多亟待解决的问题,这就要求国家采取积极的措施来解决这些问题,如加大宣传推广力度、制定节能灯标准、提高生产技术降低生产成本、规范市场秩序。只有这样才能使LED市场健康有序的发展,才能得到消费者的认可和接受。

文章关键字: 绿色照明
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