LED照明技术的研究与发展

Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视界　科技・探索・Ｉｔａ，ｇ　ＬＥＤ照明方案趋势的研究　徐倩楠曹玲玲余芳芳　（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南２３２００１）　【摘要ＩＬＥＤ光源兼有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强且利于环保等特点，目前成为公认的“绿色光源”　本文主要结合　ＬＥＤ光源的优点以及它的基本发光原理，阐述了它在部分领域的应用及发展。由于近几年ＬＥＤ光源的快速发展．促使在业者做好技术储备和　方案选型．该文也说明了ＬＥＤ照明方案的趋势　【关键词】ＬＥＤ照明：绿色光源；发展趋势　Ｓｍｄｙ　ｏｎＴｈｅＴｒｅｎｄ　ｏｆＬＥＤＬ　ｒｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ　ＸＵ　Ｑｉａｎ－ｎａｎ　ＣＡ０　Ｌｉｎｇ—ｌｉｎｇ　ＹＵ　Ｆａｎｇ－ｆａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ　Ａｎｈｕｉ，２３２００１，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＬＥＤ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｌｕｍｉｎｏｕｓ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｅｓｓ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌｏｎｇ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ，ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ　ｔｏ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ　ａｓ“ｇｒｅｅｎ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ”．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＬＥＤ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｆｉｇｈｔ，ｉｔ　ｅｘｐｌａｉｎｓ　ｉｎ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ＬＥＤ　ｌｉｇｈｔ　ＳＯＵｒＣｅ，　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｓｅｒｖｅｓ　ａｎｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｌｓｏ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ＬＥＤ　ｌｉｇｈｒｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＬＥＤ　ｌｉｇｈｔｉｎｇ；Ｇｒｅｅｎ　ｌｉｇｈｔｉｎｇ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　０引言　ＬＥＤ光源也就是发光二极管（ＬＥＤ）为发光体的光源．属于固态光　源。发光二极管于２０世纪６０年代问世．当时的ＬＥＤ发展还不成熟．　主要以红色为主．光通量小且发光效率低．它的基本用途是作为收录　机等电子产品的指示灯使用。近年随着材料、结构、和技术的快速发　展，也促进了ＬＥＤ的发展。现在ＬＥＤ不仅颜色各种各样。发光效率有　很大提高．光通量也有很大的进步．就单个ＬＥＤ的光通量而言．可达　数十流明。特别是高亮度、高光效的白光ＬＥＤ开发的成功．使ＬＥＤ照　明行业有了更广阔的发展前景　现在ＬＥＤ照明技术已经得到了超速的发展．但在过去的几年里．　对ＬＥＤ业者来说是喜忧参半，虽然包括中国在内的许多国家都开始　禁止销售白炽灯．但ＬＥＤ灯具的销售并没有因此而乐观．反而出现了　很多灯具厂倒闭的连锁风暴。对于今年ＬＥＤ照明市场．随着４０Ｗ白　炽灯的ＬＥＤ灯泡价格的急速降低．产业界都很乐观的预计今年的　ＬＥＤ照明市场将走暖．因此，对于在业者来说．当下最需要做的是做好　技术储备和方案选型　１　ＬＥＤ的发光原理及其优点　１．１　ＬＥＤ的发光原理　ＬＥＤ是由砷化镓、磷砷化镓、Ａ１ＧａＡｓ等半导体制成，将电能转化　为光能的过程。其主要由Ｎ型半导体形成的Ｎ层、Ｐ型半导体形成的　Ｐ层和中间的有源层构成。当外加正向偏压时．Ｐ型区的空穴向负方向　扩散．进入有源区．同时Ｎ型区的电子将向正方向扩散，进入有源区。　当电子和空穴相结合时．会自发的发射光。当使用材料不同时，由于能　阶的不同将会发出不同颜色的光，如红、橙、黄、绿、蓝或不可见光等。　且当正向电流越大时．ＬＥＤ所发出的光就越亮．ＬＥＤ发光的稳定性也　受电流稳定性的影响．所以在应用中应尽量选择稳定电流的ＬＥＤ驱　动恒流源　１．２　ＬＥＤ的优点　兼有各种优点的ＬＥＤ，现如今是任何其他光源都无法比拟的。他　的优点不仅仅体现在发光质量上，它在生产、制造、使用方面也都远远　超过了荧光灯、白炽灯等传统的光源。其优点主要体现在以下几方面。　（１）发光效率高。ＬＥＤ自２Ｏ世纪６０年代诞生起到现在已经历了　几十年的发展．它的发光效率也有的很大的进步　传统光源的大部分　耗电都被转化为热量散发了，如白炽灯、荧光灯、钠灯的光效分别为　１２～２４１ｍ／Ｗ、５０～７０１ｍ／Ｗ、９０～１４０１Ｈｌ／Ｗ。经过改良后的ＬＥＤ光效可达　５０　１２０　ｌｍ／Ｗ．并且其光的光谱很窄、单色性好．所以不需要过滤就可　以发出有色可见光。　（２）耗电量少。一般在相同的照明效果下，ＬＥＤ灯的耗电量大约为　荧光灯的１，２，白炽灯的１／８。它的单管功率低，约为０．０３～０．０６Ｗ，且反　应速度很快．为在高频操作提供了条件。　（３）使用寿命长。当在合适的电压和电流下，ＬＥＤ的使用寿命是荧　光灯的１０倍，可达ｌ０万小时，可与灯具一体化设计。它体积小，重量　轻。采用环氧树脂封装．可受强冲击力而不易破碎　（４）高亮度、低热量。ＬＥＤ属于冷光源．发热量低且光色柔和，发光　强度可控　（５）响应快。ＬＥＤ的响应时间极短。在微秒级。　（６）光指向性强。ＬＥＤ发出的光指向性很强，相比传统光源的衰减　低很多　（７）环保。ＬＥＤ抗震动、耐冲击、可回收。且生产过程中无需添加　汞，无污染。　２　ＬＥＤ光源的应用　２．１可见光　（１）若是传统一般亮度，如二元化合物Ｃａｐ（除ＣａＮ系列之外）和　三元化合物ＧａＡｓＰ、Ａ１ＧａＡｓ等（除ＧａＮ系列之外），这种一般利用在　３ｃ家电、消费性产品和咨询电子产品等　（２）若是高亮度如四元化合物Ａ１ＧａＮＩｎＰ．ＧａＩｎＮ系ＬＥＤ这两种一　般应用于户外全彩看板、背光源、交通号志和车用照明等：当是白光　ＬＥＤ则一般应用于大尺寸背光源、一般照明等　２．２不可见光　当是短波长红外光时一般应用于红外线无线通讯．如自动门．自　动冲水装置等；若是长波长红外光则一般应用于光通讯用光源。　３　ＬＥＤ的驱动　目前市场上的产品基本采用直流电驱动．因为在市电和ＬＥＤ产　品之间需要加上一个将交流电转化为适合ＬＥＤ产品使用的直流电装　置，即ＬＥＤ驱动电源适配器。现在的ＬＥＤ驱动电源主要有两种方式．　即恒流驱动方式和恒压驱动方式　３．１恒流驱动方式　恒流驱动方式可分为两种：一种是用一个恒压源供多个恒流源工　作．然后每个恒流源相应的给每路ＬＥＤ供电．这种组合方式成本较高　一些，但是组合灵活，其中一路ＬＥＤ发生故障不影响其他ＬＥＤ工作。　另一种是直接由恒流电源供电，其优点是成本低．但灵活性差。　采用恒流驱动方式驱动ＬＥＤ是很理想的，但价格较高。这种方式　的驱动电路虽然不怕负载短路，但严禁负载完全开路　恒流驱动方式　的输出电压是随着ＬＥＤ负载大小的变化而变化的．但输出电流是恒　定的。由于存在最大承受电流和电压的问题．所以ＬＥＤ的使用数量要　受限制。　３．２恒压驱动方式　恒压驱动方式的输出电压是恒定的．但输出直流电流是随ＬＥＤ　负载变化而有所波动的。此种驱动方式严禁ＬＥＤ负载完全短路．其输　作者简介：徐倩楠（１９８争一），女，安徽六安人，安徽理工大学电气与信息工程学院硕士研究生，控制工程专业，研究方向为开关电源设计。　ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ。ｇ），Ｖｉｓｉ０ｎ科技视界Ｉ　１　

LED照明技术的最新研究成果

近年来，随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，LED照明技术已经成为了替代传统照明技术的主力军之一。LED照明具有高效能、低功耗、长寿命、绿色环保等特点，受到了越来越广泛的关注和研究。本文将从LED照明技术的原理、发展、应用以及未来展望等方面进行探讨，介绍LED照明技术的最新研究成果。

一、LED照明技术的原理和发展

LED全称发光二极管，是一种半导体发光器件，利用半导体材料发光原理，将电能转化成光能的一种芯片，其制作原理和半导体制作类似。LED芯片是由半导体材料组成的，当LED两端加上正负电压时，电子与空穴在PN结的内部复合时，会产生能量差，这部分能量会以光的形式散发出来，从而达到LED发光的目的。

早在1962年，第一颗红光LED问世，然而由于其颜色单一、亮度低、质量不稳定，一度未能得到广泛应用。直到1994年，日本明星电气公司成功研制出了大功率蓝光LED，使得LED照明技术进入了一个全新的发展阶段。此后，LED照明技术不断突破束缚，不断升级技术，推陈出新。目前，LED照明技术已经广泛应用于家居、商业、道路、遗产、舞台以及机械设备等领域，为人们生产生活带来了极大的便利。

二、LED照明技术的应用场景 1、LED室内照明

LED照明技术在室内照明中的应用越来越广泛，其优越的性能和独特的设计使得LED灯具变得非常小巧、美观、时尚。目前，LED照明已经不仅仅局限于一般家居照明，各种功能性、实用性灯具也越来越多。例如，儿童房里的星空灯、医院等场所的照明灯、家庭厨房和门廊里的人体感应照明灯等等，这些只是表明LED照明灯具的应用已经越来越普及。

2、LED商业照明

随着LED照明灯具性能的不断提升，其在商业照明领域中得到了广泛的应用。无论是超市大堂、商场广场、珠宝店、橱窗展示等场所，LED照明都可以使得整体照明环境变得更为高效、更为节能、更为个性化。

3、LED道路照明

发光二极管（LED）行业

深度研究报告

目 录

核心观点........................................................................................................................................... 3

一、LED概述 .................................................................................................................................... 4

（一）LED基本原理 ................................................................................................................ 4

（二）LED的应用领域 ............................................................................................................ 4

（三）LED产业链 .................................................................................................................... 6

二、全球LED产业状况 ................................................................................................................... 9

LED技术发展和应用状况调查

1.LED照明技术发展历程

早在1907年，Henry Joseph Round就首次在碳化硅上观察到电致发光现象，20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国从锌硫化物与铜中提炼出的黄磷发光，但因光线暗淡而难以为继，直到1936年George Destiau发表硫化锌粉末发光的报告，才最终出现了“电致发光”这个术语。

20世纪50年代，英国科学家使用半导体砷化镓发明了第一个现代意义上的LED并迅速应用于感应与光电领域；60年代初，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个GaAsP可见的红光LED；70年代中期，引入元素In和N，使LED可产生绿光（波长550nm）、黄光（波长570nm）和橙光（波长590nm），光效也随之提高到1流明/瓦；80年代早到中期，对砷化镓磷化铝（AlGaAsP）的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色（波长620nm）接着就是黄色（波长570nm），最后为绿色（波长550nm）；90年代早期，采用铟铝磷化镓（AlGaInP）生产出了桔红、橙、黄和绿光等多种光的LED而使发展步入快车道，其中第一个有历史意义的GaN蓝光（波长450nm）LED是1993年由日亚公司的中村修二博士发明的，90年代中期出现了超亮度的氮化镓LED，自此可见光领域的三原色（红、黄、蓝）均有高亮度光源可供应用，使 LED 可以进军全彩显示及白光照明等广大需求的市场；2000年，GaAlInP做成的LED在红、橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦，而GaInN制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。

Roland Haitz所提出LED界有一个类似于半导体界的技术成长定律，这个定律总结道30年来每隔18-24个月，LED的亮度（flux）就会倍数增加，曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。照明产业必须要一定亮度的产品，目前LED 照明技术中，红光、黄光灯属于低端产品，已实现批量生产，用于道路照明、灯箱装饰等特种照明。而低成本、高亮度、大功率的白光灯则属于高端产品，因可应用于室内照明而实现继白热灯照明以来的又一次光革命，因此目前的LED 照明技术着重研究的也是白光