LED日光燈燈管發(fā)光原理

PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散。 由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴散，構(gòu)成對P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。

LED日光燈燈管與傳統(tǒng)的日光燈在外型尺寸口徑上都一樣，長度有60cm和120cm、150cm等，其功率分別為10W、16W和20W，而20W傳統(tǒng)日光燈(電感鎮(zhèn)流器)實際耗電約為53W，40W傳統(tǒng)日光燈(電感鎮(zhèn)流器)實際耗電約為68W;10WLED日光燈亮度要比傳統(tǒng)40W日光燈還要亮， 16WLED日光燈要比傳統(tǒng)64W日光燈還要亮。

一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性(如組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì))、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數(shù)目。因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高LED的發(fā)光效率，從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是:晶粒外型的改變--TIP結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。

隨著LED的出現(xiàn)，照明設(shè)計理論也隨著LED的優(yōu)點在不斷發(fā)展。

1.情景照明:是2008年由飛利浦提出的情景照明，以環(huán)境的需求來設(shè)計燈具。情景照明以場所為出發(fā)點，旨在營造一種漂亮、絢麗的光照環(huán)境，去烘托場景效果，使人感覺到有場景氛圍。

2.情調(diào)照明:是2009年由凱西歐提出的情調(diào)照明，以人的需求來設(shè)計燈具。情調(diào)照明是以人情感為出發(fā)點，從人的角度去創(chuàng)造一種意境般的光照環(huán)境。情調(diào)照明與情景照明有所不同，情調(diào)照明是動態(tài)的，可以滿足人的精神需求的照明方式，使人感到有情調(diào);而情景照明是靜態(tài)的，它只能強調(diào)場景光照的需求，而不能表達(dá)人的情緒，從某種意義上說，情調(diào)照明涵蓋情景照明。情調(diào)照明包含四個方面:一是環(huán)保節(jié)能，二是健康，三是智能化，四是人性化。

凱西歐公司總經(jīng)理吳育林先生編著了一本"情調(diào)照明書"，是中國第一本引領(lǐng)LED照明設(shè)計潮流 的書籍，打破了設(shè)計理論長期被國外巨頭壟斷的局面，使LED的應(yīng)用更加容易為市場所需要。將最新的情調(diào)照明設(shè)計理念貢獻(xiàn)出來與大家分享，借此希望更多專家學(xué)者、設(shè)計師參與討論和提出建議。

電流控制型器件，負(fù)載特性類似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會引起正向電流的很大變化(指數(shù)級別)，反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實際使用中，應(yīng)選擇 。LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。LED消耗功率 ，一部分轉(zhuǎn)化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。散發(fā)的熱量(功率)可表示為 。

LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長隨溫度的上升而增長，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+2~3A/ 。LED發(fā)光亮度L與正向電流 近似成比例: ，K為比例系數(shù)。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高時，復(fù)合效率下降，發(fā)光強度減小。

小電流下，LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長就會紅移，亮度會下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設(shè)計很關(guān)鍵。

LED的長時間工作會光衰引起老化，尤其對大功率LED來說，光衰問題更加嚴(yán)重。在衡量LED的壽命時，僅僅以燈的損壞來作為LED壽命的終點是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以LED的光衰減百分比來規(guī)定LED的壽命，比如35%，這樣更有意義。

LED日光燈節(jié)電高達(dá)80%以上，壽命為普通燈管的10倍以上，幾乎是免維護，不存在要經(jīng)常更換燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器的問題，約半年下來節(jié)省的費用就可以換回成本。綠色環(huán)保型的半導(dǎo)體電光源，光線柔和，光譜純，有利于工人的視力保護及身體健康，6000K的冷光源給人視覺上清涼的感受，有助于集中精神，提高效率。

LED日光燈安裝非常簡單，安裝時將原有的日光燈取下?lián)Q上LED日光燈，并將鎮(zhèn)流器和起輝器去掉，讓220V交流市電直接加到LED日光燈兩端即可。

首先，LED日光燈不使用水銀，而且里面不含鉛，傳統(tǒng)的日光燈中含有大量的水銀蒸汽，一旦這樣的燈破碎水銀蒸汽就會揮發(fā)到大氣之中，從而污染環(huán)境，而LED日光燈就能夠很好的保護環(huán)境，是被公認(rèn)的綠色光源之一。

其次，LED日光燈是冷光源，不會像傳統(tǒng)的燈具那樣散發(fā)出大量的熱能。它基本上能將電能全部轉(zhuǎn)換為光能，會造成能源的浪費，非常節(jié)約。

再次，LED日光燈是一種非常安靜的節(jié)能燈，不會像傳統(tǒng)的日光燈一樣產(chǎn)生噪音，非常適合需要安靜的環(huán)境，比如圖書館、辦公室之類的地方。還能夠很好的保護眼睛，啟動非?？欤粫W爍不定，對我們的健康很有利。

還有，因為LED日光燈是綠色環(huán)保的燈具，它本身不會產(chǎn)生紫外光、紅外光等輻射，不含汞等有害物質(zhì)，發(fā)熱量較少，很好地避免了蚊蟲圍繞在燈源旁邊的情況，這樣給室內(nèi)創(chuàng)造了一個比較干凈的環(huán)境。

最后，LED日光燈的使用壽命很長，它的耗電量不足傳統(tǒng)日光燈的三分之一，但是亮度卻與傳統(tǒng)的日光燈是一致的。一般而言，正常使用的壽命為三萬小時以上，長期使用不用更換，無形之中就減少了人工的費用，很適合一些不便更換燈具的場合。當(dāng)然，LED日光燈管的色彩非常豐富，可以制作各種發(fā)光顏色的燈，從而滿足不同場合的需求。

LED日光燈唯一的缺點就是價格高不過盡管目前LED日光燈的價格大約是熒光燈的十倍左右，如果聯(lián)系到它的壽命、節(jié)電和無污染來看，仍然是合算的。因為如果和壽命為5,000小時的熒光燈相比，那么壽命為5萬小時的LED日光燈就已經(jīng)值得花10倍的價錢去買，而在其間所節(jié)省的電能就完全是純收益了。

寫字樓、工廠、商場、學(xué)校、居家等室內(nèi)照明。

環(huán)保意識增強背后 LED照明需求強勁

近年來隨著物質(zhì)生活的不斷提高人們的環(huán)境保護意識亦不斷增強。世界自然基金會多年前便開始倡導(dǎo)"地球一小時"活動，但活動近兩年還是受到一些質(zhì)疑。其實，如今隨著LED照明的普及已經(jīng)有了解決的方法

1.直徑不同，T4燈管要比T5燈管細(xì)一些。?

2.亮度不同，理論上來說，T4燈管要比T5燈管效率更高，但是實際使用的過程中，經(jīng)常會由于鎮(zhèn)流器的品質(zhì)原因，使得很多T4燈管并不如T5亮。

3.壽命和穩(wěn)定性不同，T4不如T5成熟，所以，T5燈管的壽命要更長一些。

對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。 1998 年發(fā)白光的 LED 開 發(fā)成功。這種 LED 是將 GaN 芯片和釔鋁石榴石( YAG )封裝在一起做成。 GaN 芯片發(fā)藍(lán)光( λ p =465nm ， Wd=30nm )，高溫?zé)Y(jié)制成的含 Ce3+ 的 YAG 熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射，峰值 550nm 。藍(lán)光 LED 基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有 YAG 的樹脂薄層，約 200-500nm 。 LED 基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。對于 InGaN/YAG 白色 LED ，通過改變 YAG 熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫 3500-10000K 的各色白光。

藍(lán)光LED技術(shù)，簡單來說就是一種更為節(jié)能高效的燈光產(chǎn)生方式，同時也能應(yīng)用到相機、手機等科技產(chǎn)品中。用藍(lán)光LED技術(shù)制造的照明設(shè)備，能效更高，大大降低地球能源使用量。根據(jù)已有的數(shù)據(jù)顯示，全世界的25%電力都被用于照明作用，而使用LED燈具之后，用于照明的電力降低到4%，而這無疑改變了整個世界。

從1907年LED效應(yīng)發(fā)現(xiàn)到1993中村修二正式發(fā)明LED，再到1999年1W的LED燈正式商業(yè)化使用，LED經(jīng)歷了將近一百年時間的發(fā)展。在此之前，人們一直使用的是上個世紀(jì)愛迪生發(fā)明的白熾燈泡，而白熾燈泡浪費了絕大部分能量在發(fā)熱上，大概有九成的電力都被浪費。

LED燈具的出現(xiàn)，極大地降低照明所需要的電力，同樣瓦數(shù)的LED燈，所需電力只有白熾燈泡的1/10，同時LED具有壽命長、環(huán)保、免維護等優(yōu)點，迅速取代白熾燈的位置。2012年，中國政府宣布，全面禁止銷售和進(jìn)口100瓦以上的普通照明用白熾燈，陪伴老一輩中國人幾十年的白熾燈即將走到歷史的盡頭。

正如在諾貝爾物理學(xué)獎頒獎詞中寫到的那樣:"白熾燈照亮20世紀(jì)，而LED燈將照亮21世紀(jì)。"

1、高效節(jié)能

一千小時僅耗幾度電(普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時耗1度電)

2、超長壽命

半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達(dá)五萬小時(普通白熾燈使用壽命僅有一千小時，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時)

3、健康

光線健康光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射(普通燈光線中含有紫外線和紅外線)

4、綠色環(huán)保:

不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會產(chǎn)生電磁干擾(普通燈管中含有汞和鉛等元素，節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器會產(chǎn)生電磁干擾)

5、保護視力

直流驅(qū)動，無頻閃(普通燈都是交流驅(qū)動，就必然產(chǎn)生頻閃)

6、光效率高

發(fā)熱小10%的電能轉(zhuǎn)化為可見光(普通白熾燈95%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，僅有5%電能轉(zhuǎn)化為光能)

7、安全系數(shù)高

所需電壓、電流較小，發(fā)熱較小，不產(chǎn)生安全隱患，于礦場等危險場所

8、市場潛力大

低壓、直流供電，電池、太陽能供電，于邊遠(yuǎn)山區(qū)及野外照明等缺電、少電場所。

1、LED燈在交流電驅(qū)動下和普通白熾燈一樣會有頻閃現(xiàn)象，而普通節(jié)能燈沒有頻閃現(xiàn)象。頻閃會使眼睛容易疲勞。

2、每個LED燈泡的光線過亮，會強烈刺激眼睛，不可直視，哪怕短時間，而普通節(jié)能燈相對要柔和些!

3、照射角度有限制，一般只能照射120°，而普通節(jié)能燈幾乎可照射360°。

4、照射房間的亮度并不比節(jié)能燈出色，因為led只在直視的狹小角度內(nèi)有高亮度，而偏離該角度后光線迅速減弱。

因此，LED節(jié)能燈作為室內(nèi)照明燈具的優(yōu)勢未必比普通節(jié)能燈明顯，但作為電筒、臺燈、射燈等只需照射狹小角度的燈具使用時還是非常優(yōu)秀的。

1、LED亮度(MCD)不同，價格不同。用于led燈具的LED應(yīng)符合雷射等級Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。

2、抗靜電能力抗靜電能力強的LED，壽命長，因而價格高。通?？轨o電大于 700V的LED才能用于LED燈飾。

3、波長一致的LED，顏色一致，如要求顏色一致，則價格高。沒有LED分光分色儀的生產(chǎn)商很難生產(chǎn)色彩純正的產(chǎn)品。

4、漏電電流LED是單向?qū)щ姷陌l(fā)光體，如果有反向電流，則稱為漏電，漏電電流大的LED，壽命短，價格低。

5、發(fā)光角度用途不同的LED其發(fā)光角度不一樣。特殊的發(fā)光角度，價格較高。如全漫射角，價格較高。

6、壽命不同品質(zhì)的關(guān)鍵是壽命，壽命由光衰決定。光衰小、壽命長，壽命長，價格高。

7、晶片LED的發(fā)光體為晶片，不同的晶片，價格差異很大。日本、美國的晶片較貴，一般臺灣及國產(chǎn)的晶片價格低于日、美(CREE)。

8、晶片大小晶片的大小以邊長表示，大晶片LED的品質(zhì)比小晶片的要好。價格同晶片大小成正比。

9、膠體普通的LED的膠體一般為環(huán)氧樹脂，加有抗紫外線及防火劑的LED價格較貴，高品質(zhì)的戶外LED燈飾應(yīng)抗紫外線及防火。每一種產(chǎn)品都會有不同的設(shè)計，不同的設(shè)計適用于不同的用途，LED燈飾的可靠性設(shè)計方面包含:電氣安全、防火安全、適用環(huán)境安全、機械安全、健康安全、安全使用時間等因素。從電氣安全角度看，應(yīng)符合相關(guān)的國際、國家標(biāo)準(zhǔn)。