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探究LED灯第二学年度（2012——2013）班级：117班组长：李绪组员：谢铭震，王钺，李梓涵，黄冠杰，陈煌，蔡泽荣，王亿铭指导老师：吴逸虹LED是什么，也许很多人没有一个明确的认识，接下来，我们就为大家科普一下：LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。因为LED灯发热量不高，把电能量尽可能地转化成了光能，而普通的灯因发热量大把许多电能转化成了热能，白白浪费。对比而言，LED照明就显得节能。50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。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。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。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。最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。接下来就为大家介绍一下LED的背景：这一切开始于音乐年前,当电致发光现象最早发现于1907年由一个英国实验者沪江圆,使用一个电气化探测在一块碳化硅晶体。一个可见的轴光这一切的开始。然而俄罗斯科学家可信地报道了第一次创建在1927年领导。在各种实验报告在50年代,美国实验者罗伯特·布雷迪和加里·皮特曼,工作在德州仪器在1961年发现,砷化镓发出红外辐射当电流应用,虽然这种光线是肉眼不可见的是允许大规模采用领导了红外控制设备。通用电气公司员工尼克霍罗姆雅克Jr在1962年制造了第一个实际可见红色LED节能灯。1968年,孟山都公司第一次有组织的大规模生产可见LED节能灯使用砷化镓磷酸盐。迅速推入大规模采用手持设备如计算器,手表,数字显示的所有类型,但直到1995年左右,并不被认为是亮光让任何替代传统的照明。引入高亮度LED节能灯蓝色,表明Nichia公司和最终导致2006年技术奖,今天的中村修二来照亮高科技LED照明都是基于这个研究。高输出蓝色LED节能灯已经彻底改变了电脑产业的升级在蓝色光线技术。(第一个蓝色LED节能灯使用氮化镓是在1971年由雅克·Pankove在RCA实验室)LED节能灯技术已逐渐从早期的第一代DIP5毫升LED,有其固有的热管理问题到今天MCOB高产LED技术。简单介绍完LED灯的背景之后，我们来说说LED灯有哪些优点，对我们的生活有哪些帮助。1、节能.白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4.（不考虑整流损耗时，市场大部分产品能耗为标示值×1.2～2）2、长寿.平均寿命可达5万小时以上,对普通家庭照明可谓\一劳永逸\.3、可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉.led节能灯4、固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装，不怕振动。5、LED技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断的降低。一个LED进入家庭的时代正在迅速到来。6、环保，没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收。7、配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，升华视觉效果，消除视觉疲劳；8、透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用，避免了光的重复浪费，让产品更加简洁美观；9、大功率LED平面集群封装，及散热器与灯座一体化设计。充分保障了LED散热要求及使用寿命，从根本上满足了LED灯具结构及造型的任意设计，极具LED灯具的鲜明特色；10、节能显著。采用超高亮大功率LED光源，配合高效率电源，比传统白炽灯节电80%以上，相同功率下亮度是白炽灯的10倍；11、超长寿命50,000小时以上，是传统钨丝灯的50倍以上。LED采用高可靠的先进封装工艺—共晶焊，充分保障LED的超长寿命；12、无频闪。纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳；13、绿色环保。不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染；14、耐冲击，抗雷力强，无紫外线（UV）和红外线（IR）辐射。无灯丝及玻璃外壳，没有传统灯管碎裂问题，对人体无伤害、无辐射。15、低热电压下工作，安全可靠。表面温度≤60℃（环境温度Ta=25℃时）；16、宽电压范围，全球通用。85V~264VAC全电压范围恒流，保证寿命及亮度不受电压波动影响；17、采用PWM恒流技术，效率高，热量低，恒流精度高；18、降低线路损耗，对电网无污染。功率因数≥0.9，谐波失真≤20%，EMI符合全球指标，降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染；19、通用标准灯头，可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯；20、发光效率可高达801m/w，多种色温可选，显色指数高，显色性好；当然，LED灯也有它自身所存在的缺点，我们也为大家收集了一些资料。1、LED节能灯，需要相对应的散热器，在LED芯片本身发热量没有大的改善情况下，需要在散热器的结构，热管技术的应用上，进一步的发展。2、LED节能灯，价格过高，LED单体价格，铝制散热器，高效恒流电源，高透光率柔和灯罩，四者成本集体推高LED成本。3、大部分LED节能灯标示的功率均为LED芯片本身的功率总和，而非电源的输入功率。部分不良厂商以劣质整流电路带动，会造成LED灯泡实际耗能远超节能灯甚至接近白炽灯的水平。市场上曾发现部分品牌3W节能灯，使用220V电源输入电流高达90mA（19.8W）。我们研究此次研究的目的，是研究LED灯与正常灯的区别，我们作了如下的分析：日光灯两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有萤光粉，两个灯丝之间的气LED灯应用产品体导电时发出紫外线，使萤光粉发出柔和的可见光。日光灯工作特点：灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。而led日光灯以质优、耐用、节能为主要特点，投射角度调节范围大，15W的亮度相当于普通40W日光灯。抗高温、防潮防水、防漏电。使用电压有:110V、220V可选，外罩可选玻璃或PC材质。灯头与普通日光灯一样。LED日光灯采用最新的LED光源技术，数位化外观设计，节电高达70%以上，12W的LED日光灯光强相当于40W的日光灯管（用于镇流器和启辉器，36W的日光灯真正的耗电量为42W至44W）。LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上，几乎免维护，无须经常更换灯管、镇流器、启辉器。绿色环保的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于使用者的视力保护及身体健康。6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，人性化的照度差异设计，更有助于集中精神，提高效率。我们采用表格形式，调查LED灯与普通灯在一定时间内所耗电的多少，并计算该段时间内所花费电费和对比于普通日光灯所节约的费用LED日光灯对比传统日光灯节能对照表传统日光灯LED日光灯备注3500K-5000K5500K-6500K测试、室温、220额定电压寿命半年7-10年实际消耗功率52W20W光通量900LM1800LM发光效率20LM/W100LM/W售后服务保七天保3年耗电量每天总功耗1248W480W按每天工作24小时算3年总功耗1366560W525600W3年耗电量1367度526度电费3年总电费1367元526元按商业用电1元/度，计算3年总节约电费/841元6年节约电费1682元更换次数6次0次LED日光灯5年内无需更换灯具单价20元20元248元更换镇流器2次0镇流器单价15元15元0更换总费用150元0节约维护费用/150元结论每根45W传统日光灯3年费用1367+150=1517元继续使用仍会增加成本每根18WLED日光灯3年费用248+526=774元还可继续使用到5年，无需额外费用LED等发展的趋势也十分被看好，LED光源是21世纪光源市场的希望，众多优点预告其未来将逐步取代传统光源，奥科委指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一，当前全球能源危机的时候，能源是一种宝贵的资源，所以节约能源是我们未来面临的问题。LED作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。当然，LED灯也有其发展的隐患，比如：1、缺乏国家标准我国缺乏LED照明产品的国家标准，质量认证标准缺失，直接导致市面上产品的质量参差不齐，市场混乱，产品和市场都缺乏统一的标准来进行衡量和规范，这就影响了消费者的购买信心。同时也因为缺乏国家标准，无法进行质量认证，对于借力政策扶持来发展的LED产业而言，就意味着不能进入政府采购的名单，丧失了政府采购的大市场。因此，缺乏必要的产品国家标准，成为制约LED照明产品持续发展的主要问题。2、价格过高LED的真正市场应当涵盖家居照明、商业照明、工业照明、道路与户外照明等多个领域，但是LED主要销售市场还是公共领域，而在家居照明这样需求量庞大的领域里却应用得最少。我国的LED节能灯价格还过高，根据市场状况，3W的LED节能灯售价在80元左右，这个价格相当于普通节能灯五六倍、更高出白炽灯10多倍。而这样的价格是不能被普通家庭接受。价格就成为制约我国LED节能灯在家居照明领域发展的另一关键问题。根据LED行业的“摩尔定律”,每18~24个月LED的光输出亮度便会翻一番，而价格会下降一半。据此预测分析，在国家补贴的支持下，按照LED的发展形势来讲，到2012年，家用照明领域的LED节能灯价格将大幅下降，价格的下降会拉动整个LED节能灯在家用照明领域的需求，预计到2010年，随着产业的不断发展，LED节能灯个人和家庭用户将达到高峰。3、产品缺乏核心技术，家用产品系列单一LED节能灯在我国家庭领域的应用还处于起步阶段，而在国外家