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LED照明基础知识
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联盟专家团队史杰：为行业做一件有价值的事！1991年，巴菲特和比尔·盖茨被同时问到一个问题：你觉得你的人生中最宝贵的能力是什么？他们给出了相同的答案：“focus（专注）“，专注成就天才！所以刘翔只是苦练跑步；刘谦只是苦练魔术；乔丹只是苦练篮球；李小龙只是苦练武术；杰克逊只是苦练跳舞……2014年，史杰先生也被问到一个同样的问题：你觉得在当前的经济环境下，应该为照明行业做怎样的贡献才最有价值？作为中国照明行业的领军人物，史杰以其切切实实的行动回答了这一问题。&&
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LED环保灯是选用LED为光源的灯具产品，有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。
LED环保灯发展史：
上个世纪60年代，科技工作者利用半导体PN结发光的原理，研制成了LED发光二极管。当时研
制的LED，所用的材料是GaASP，其发光颜色为红色。经过近30年的发展，现在大家十分熟悉的LED，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光LED仅在近年才发展起来，这里向读者介绍有关照明用白光LED
LED环保灯联系：
1． 可见光的光谱和LED白光的关系。 众所周之，可见光光谱的波长范围为380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如LED发的红光的峰值波长为565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光+黄色光）或三波长发光（蓝色光+绿色光+红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，比如日本的日亚化学,日本的丰田合成,美国的CREE,德国的欧司朗等,所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。
2． 白光LED的工艺结构和白色光源。 对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图1所示，图中LED GaM芯片发蓝光（λp=465nm），它和YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光（构成LED的结构如图2所示）。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。
3．白光LED照明新光源的应用前景。 为了说明白光LED的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。
LED环保灯分析：
普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。
LED环保灯特点和优点
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。
LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。
使用寿命长
在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时
高亮度、低热量
LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。
LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
LED环保灯分类：
1． 按发光管发光颜色分
按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。
2． 按发光管出光面特征分
按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
从发光强度角分布图来分有三类：
（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。
（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。
3． 按发光二极管的结构分
按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
4． 按发光强度和工作电流分
按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法
LED环保灯中国LED产业的发展
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“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家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。
目前，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，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，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，其中户外照明发展最快，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。
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授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。
LED环保灯LED电源的估算三大方法
1、静态实像素（等间距与非等间距相同）：16*8实像素单一模组最大功耗 16*8*3*0.02=7.68 16——16个像素点宽；8——8个像素点高；3——每个像素点由三路电流；0.02——估算每一路电流的大小。
注： 2R1G1B实像素两个红色LED串联在一块只算一路电流。
2、静态虚拟像素（等间距）2R1G1B：单一模组最大功耗 16*8*4*0.02=10.24 16——16个像素点宽；8——8个像素点高；4——每个像素点由4路电流；0.02——估算每一路电流的大小。
注： 2R1G1B虚拟像素两个红色LED分开每一灯管算一路电流。
3、 扫描实像（1R1G1B）或（2R1G1B）：以P10全彩四扫16*16模组为例 单一模组最大功 耗 （16*16*3*0.03）/4=10.24 16——16个像素点宽；8——8个像素点高；3——每个像素点由3路电流；0.02——估算每 一路电流的大小；4——为1/4扫描。
注： 1R1G1B实像素四个LED灯管并联算一路电流；扫描板每一电源估算使用绿为80%。
清除历史记录关闭科普之LED照明：发展史、工作原理和未来前景
导语：LED灯具是家居照明领域的新产品。LED灯比白炽灯省电，寿命更长。那么LED灯究竟是如何工作的？Appliance&Science今天给出了答案。
全文如下：
夜晚房屋里的光亮是从哪里来的？你也许会说是电视，蜡烛，荧光灯，白炽灯。要我说，现在使用LED节能灯的家庭越来越多。LED灯具正迅速取代&老式&荧光灯和白炽灯，成为人类战胜黑暗的新利器。
LED灯具的优势主要集中在三个方面：成本低、效率高、更安全。而且随着技术的进步，LED灯具的价格还会进一步下滑。现在，已经有些LED灯具比白炽灯还要便宜了。
重要的是，LED灯具的寿命比传统灯具长。这得归功于大批科学家和电气工程师的努力，他们帮助LED灯具建立了数十亿美元的新市场。
LED，也就是发光二极管，最早出现在上世纪初。当时的研究人员发现，将电流施加到某种类型的晶体二极管上，就能使其发光。
这种晶体二极管的发光方法和传统材料的发热发光不同，在当时属于未知领域。研究人员无法解释这种现象（后人称为场致发射），只得将其搁浅。直到50年代，它才被照明设备公司启用，用来制作LED灯具。
最早问世的LED灯具是红外LED，也就是红外发光二极管，也有科学家称之为半导体发光二极管，用砷化镓（GaAs）材料制成。
后来，在此基础上，研究人员又用砷化镓，做出了能散发红光和黄光的LED灯。比起早期产品，这些LED灯的光线更亮更持久。
然而，当时的LED灯具普遍存在一个问题，那就是只能发出单一频率（也就是单一颜色）的光。用做计算机显示器倒没有什么问题，但用作家庭照明就稍显单调了些。
家用LED灯具需要能发出一系列频率范围的可见光，特别是和太阳一样的白光。白炽灯很容易就能发出白光，但场致发射效应特殊的工作原理，使LED灯具的频率不能调节，再加上频带又窄，无法简单地发射出白光来。
LED的基本结构是一块半导体芯片，这芯片是光亮的主要来源。LED内的芯片为两层晶体结构，晶体中&掺杂&有其它化学物质。
这种&掺杂&意味着芯片其中一层晶体必须放弃其拥有的大量高能电子，以便为另一层晶体提供存放低能电子的空间。用专业技术语言来讲，LED芯片由p层半导体元素和n层半导体元素构成。电子在p层和n层间移动而重新排列组合，这也就是所谓的pn结构。
用通俗的话来说，pn结构就像瀑布，向其施加电压，电路阴极位于n层半导体元素上，电流就能流畅地在两层半导体元素间流动。相反，流动就会受阻。就好象瀑布一样，水流只能顺着一个方向走。
有趣的事情就在此刻发生了。就像瀑布会制造噪音一样，电子在LED芯片的pn结构间流动从而发射出光线。这是因为电子在从n层往p层流动时，能量水平下降，从p层的高能级下降到n层的低能级。这种能量水平的变化能释放光子，也就是大家看到的&灯光&。
释放多少光子，取决于两层半导体元素间的能量水平差，也就是&带隙&。电子从高能级向低能级移动，产生的能量差，就是光子。简单地说，带隙越大，释放的能量就越多，其所发出光的光波就越短。
早期LED芯片的带隙小，那么光子光波就长，在肉眼看来就是发出红光。后来，工程师们找到了制造LED的新方法，让带隙变大，那么光波就会变短，橙色、绿色、蓝色光就这样诞生了。
随着时间的推移，制造LED灯变得越来越复杂，因为创造&大&带隙的pn结构非常困难。带隙越大，两层半导体元素越不容易结合在一起，越容易分解。
制作半导体元素层最好用氮化镓(gallium&nitride,GaN)，但氮化镓很脆弱。而且在加工中&掺杂&进去的其它化学物，会受材料结晶方式的干扰。晶体结的越大，芯片就越大，就能发出更强的光。
最近，三名日本科学家发明了&高亮度蓝光LED&，并因此获得了诺贝尔奖。赤崎勇（Isamu&Akasaki）、天野浩（Hiroshi&Amano）和中村修二（Shuji&Nakamura）在用电子显微镜观察氮化镓结晶时，偶然制作出了蓝色结晶体，这是世界上首次实现蓝色LED。
蓝色LED的诞生，为白色LED出现铺平了道路，因为用荧光粉可将蓝光LED转变为白色。荧光粉是一种化学物质，能够吸收光子，然后将它们以不同高频率发射出来。
市面上有各种荧光粉材料，能将蓝光变成绿色、红色。所以，只要选对荧光粉，厂家就能制作出散发白光的LED灯来。
赤崎勇、天野浩和中村修二的发明，推动了比白炽灯更高效的LED灯的诞生。60瓦的白炽灯能照亮整个房间，10瓦的LED灯就能达到同样效果。
而且，LED灯没有灯丝，不需要充入气体，所以寿命更长也更安全。诚然，LED芯片的晶体层会随着时间流逝而分解，但这时间科比白炽灯的寿命要长得多。
正因为如此，大家都称颂LED灯更高效节能。再加上制造商已研究提升产能和降低成本的方法，使得LED灯具能取代白炽灯，成为新时代家居照明方式。
LED灯具的未来
多项测试证实，LED灯具确实比白炽灯或荧光灯效率更高，寿命更长，也更省电。
当然，LED灯具并不完美，例如它不能像白炽灯一样被调暗调亮。因为就算降低施加在LED上的电压，光输出也不会改变。当然，我们可以通过迅速开/关LED来减少光输出，但这么做有时候会带来不理想的闪烁效果。
为了避免LED灯出现不正常的&闪烁&，厂商会小心控制灯泡内单一LED芯片的开和关，最新款菲利普斯100W可更换LED灯泡，就有效地避免了闪烁现象。
将各种荧光粉混合到一起，LED灯具就能发出白光。佐治亚大学最新发明了一种新型荧光剂，能制造出范围更广的光线频率，简化LED灯的制造过程和成本。
未来，LED灯具会变得更便宜、更有效、更让人舒适。显然，这一&新兴&领域还有很多技术难题有待解答，但总有一天，在不久的将来，家家户户都会换上LED节能灯。
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