照明原理
LED光源的LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-V特性,即正向?qū)?,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的,那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光,或者先被發(fā)光中心捕獲后,再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外,還有些電子被非發(fā)光中心(這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復(fù)合,每次釋放的能量不大,不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大,光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的,所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明,光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料帶隙Eg有關(guān),即 λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光(波長(zhǎng)在380nm紫光~780nm紅光),半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26~1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光。已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管,但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高,使用不普遍。
一家公司推出了一款可TRIAC調(diào)光的內(nèi)嵌了驅(qū)動(dòng)電源的13WLED燈泡,這款根據(jù)SSL2102的驅(qū)動(dòng)電源計(jì)劃選用了鋁電解電容。當(dāng)筆者問(wèn)及該燈泡的作業(yè)壽數(shù)時(shí),鋁電解電容的作業(yè)壽數(shù)難題肯定會(huì)影響到整個(gè)LED燈泡的壽數(shù),但能夠采納一些物理方法來(lái)減輕這個(gè)難題,如將鋁電解電容在PCB上方位接近燈尾,通常來(lái)說(shuō),接近LED光源有些的溫度高,可到達(dá)100-200℃,散熱金屬外殼有些其次,通常為100℃左右,燈尾有些低,通常為70℃左右,因而只需注重把鋁電解電容的方位接近燈尾,其壽數(shù)就不會(huì)衰減得太兇猛。咱們的試驗(yàn)標(biāo)明,它的壽數(shù)還可到達(dá)1萬(wàn)小時(shí)左右,相當(dāng)于10年使用時(shí)間,這關(guān)于通常家庭用戶來(lái)說(shuō),十年換一次LED燈泡基本上是能夠承受的。
(一)節(jié)約能源:LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段,其發(fā)光效率可達(dá)80―90%。筆者還將LED燈與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈做了一番比較,結(jié)果顯示:普通白熾燈的光效為12lm/w,壽命小于2000小時(shí),螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/w,壽命小于8000小時(shí),T5熒光燈則為96Alm/w,壽命大約為10000小時(shí),而直徑為5毫米的白光LED為20―28lm/w,壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測(cè),未來(lái)的LED壽命上限將無(wú)窮大。
一般人都認(rèn)為,節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉,但LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4,這是固體光源更偉大的改革。除此之外,LED還具有其他優(yōu)勢(shì),光線質(zhì)量高,基本上無(wú)輻射,屬于典型的綠色照明光源;可靠耐用,維護(hù)費(fèi)用極為低廉等等。正因?yàn)長(zhǎng)ED具有以上其他固體光源還無(wú)法匹敵的特點(diǎn),10年后LED將是照明行業(yè)的主流光源。
使用壽命長(zhǎng):LED體積小、重量輕,外殼為環(huán)氧樹(shù)脂封裝,不僅可以保護(hù)內(nèi)部芯片,還具有透光聚光的能力。LED使用壽命普遍在5萬(wàn)―10萬(wàn)小時(shí)之間,因?yàn)長(zhǎng)ED是半導(dǎo)體器件,即使是頻繁的開(kāi)關(guān),也不會(huì)影響到使用壽命。當(dāng)今家用照明主要使用的是白熾燈、熒光燈及節(jié)能熒光燈。
波長(zhǎng):光的色彩強(qiáng)弱變化,是可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)描述,這種數(shù)據(jù)叫波長(zhǎng)。我們能見(jiàn)到的光的波長(zhǎng),范圍在380至780nm之間,單位:納米(nm)。
亮度:亮度是指物體明暗的程度,定義是單位面積的發(fā)光強(qiáng)度,單位:尼特(nit)。
光強(qiáng):指光源的明亮程度,也即表示光源在一定方向和范圍內(nèi)發(fā)出的可見(jiàn)光輻射強(qiáng)弱的物理量,單位:燭光(cd)。
光通量:光源每秒鐘所發(fā)出的可見(jiàn)光量之總和,單位:流明(Lm)。
光效:光源發(fā)出的光通量除以光源的功率,它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo),單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對(duì)物體呈現(xiàn)的程度,也就是顏色的逼真程度,通常叫做"顯色指數(shù)",室內(nèi)顯色性通常表示為Ra,以數(shù)值表示,Ra100為日光下的顯色性。
色溫:光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí),黑體的溫度稱為該光源的色溫,只有白光才有色溫, 單位:開(kāi)爾文(k)。