[科普中國]-LED光源

LED光源（LED指的是Light Emitting Diode）為發(fā)光二極管光源。此種光源具有體積小、壽命長、效率高等優(yōu)點，可連續(xù)使用長達(dá)10萬個小時，未來LED光源應(yīng)用在照明領(lǐng)域亦成為主流。

簡介LED光源（LED指的是Light Emitting Diode）為發(fā)光二極管光源。此種光源具有體積小、壽命長、效率高等優(yōu)點，可連續(xù)使用長達(dá)10萬個小時，未來LED光源應(yīng)用在照明領(lǐng)域亦成為主流。1

基本特征1、發(fā)光效率高

LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明/瓦，熒光燈50～70流明/瓦，鈉燈90～140流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá)50～200流明/瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。世界各國均加緊提高LED光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。

2、耗電量少

LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓1.5～3.5伏，電流15~18毫安，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的萬分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護(hù)欄燈例，同樣效果的一支日光燈40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩變化。

3、使用壽命長

采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達(dá)10萬小時。LED燈具使用壽命可達(dá)5～10年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用，避免經(jīng)常換燈之苦。

4、安全可靠性強(qiáng)

發(fā)熱量低，無熱輻射性，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無眩光;不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。

5、有利于環(huán)保

LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。當(dāng)然，節(jié)能是我們考慮使用LED光源的最主要原因，也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂貴，但是用一年時間的節(jié)能收回光源的投資，從而獲得4～9年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。1

LED光源種類環(huán)形光源：直接照射被測物上方。

條型光源：有三種照射效果分別為直射、斜射及測光。

線型光源：有聚光效果，高亮度可縮短攝影機(jī)曝光時間。

回型光源：角度可調(diào)整以配合不同特性的待測物及工作距離。

背光源：從待測物背面照射。

外同軸反射光源：由側(cè)向光源經(jīng)由分光鏡可將光線平行照射于待測物上。

內(nèi)同軸點狀光源：需搭配同軸鏡頭使用。

半球型壟罩光源：光源經(jīng)擴(kuò)散罩漫射可行成一均勻照射區(qū)。1

性能指標(biāo)（1）顏色：主要有紅色、綠色、藍(lán)色、青色、黃色、白色、琥珀色。

（2）電流：根據(jù)功率級的不同，常用的LED電流在20mA-2A不等。

（3）電壓：電壓與顏色有關(guān)系，一般紅、綠、藍(lán)的VF在1.8-2.4V之間；白、藍(lán)、綠的電壓在3.0-3.6之間

（4）反向電壓Vrm：LED所允許的最大反向電壓。超過此值，LED可能被擊穿損壞。需注意的是，有的LED是不允許反向的（如OSRAM），一般Vrm在3-5V之間。

（5）色溫：以絕對溫度K來表示。eg.夏日正午陽光5500K,下午日光4000。

（6）發(fā)光強(qiáng)度：以坎德拉cd來計。這個量表明發(fā)光體在空間發(fā)射的會聚能力，是對光功率和會聚能力的一個共同描述。eg.Ф5的LED的I約為5mcd。

（7）光通量：以流明lm來計。此量是描述光源的發(fā)光總量的大小，與光功率等價。現(xiàn)有的1W的LED光通量可以做到80-130lm。

（8）光照度：以勒克斯lux來計。即均勻分布在1㎡表面上的光通量。

（9）顯色性：以CRI來表示。eg.Luxeon冷白為70，中性白為75，暖白為85。

（10) 半值角：發(fā)光強(qiáng)度為峰值的一半時距中心線的2倍角度。根據(jù)不同應(yīng)用，可以分為高指向性、標(biāo)準(zhǔn)型和散射型。eg.XP-C的半值角110°。

（11）主波長

（12）峰值波長

（13）中心波長

（14）色純度

（15）半寬度

（16）熱阻：以RθJC來表示，單位為℃/W。目 前國外的功率級LED的熱阻基本在10 ℃/W以內(nèi)。eg.Rebel,white: 9 ℃/W;XP-G: 6 ℃/W.

（17）壽命：維持到初始光通量70%的時間，而這個時間可以到30.000-100.000小時。1

優(yōu)點節(jié)能環(huán)保LED的發(fā)光原理與白熾燈和氣體放電燈的發(fā)光原理都不同，LED光源的能量轉(zhuǎn)化效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，LED相比熒光燈也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果。光效為75lm/W的LED較同等亮度的白熾燈耗電減少約80%，節(jié)能效果顯著，這對能源十分緊張的中國來說，無疑具有十分重要的意義。LED還可以與太陽能電池結(jié)合起來應(yīng)用，節(jié)能又環(huán)保。其本身不含有毒有害物質(zhì)（如：汞），避免了熒光燈管破裂溢出汞的二次污染，同時又沒有干擾輻射。LED光源的不但更加環(huán)保節(jié)能，而且LED光源的光機(jī)色域更寬，色彩飽和度更高，更為關(guān)鍵的是，LED燈飾光源的使用壽命長達(dá)60000小時，能徹底解決傳統(tǒng)燈泡光源壽命短的問題。

壽命長正常情況下使用LED，其光衰可以減到70%的標(biāo)稱壽命是10萬小時，減少了更換頻率和其他維護(hù)工作。

光色純正由于典型的LED的光譜范圍都比較窄，不像白熾燈那樣擁有全光譜。因此，LED可以隨意進(jìn)行多樣化的搭配組合，特別適用于裝飾等方面。鮮艷飽和、純正，無需濾光鏡，可用紅綠藍(lán)三色元素調(diào)成各種不同的顏色，可實現(xiàn)多變、逐變、混光效果，顯色效果極佳。可實現(xiàn)亮度連續(xù)可調(diào)，色彩純度高，可實現(xiàn)色彩動態(tài)變換和數(shù)字化控制。

防潮、抗震動由于LED的外部多采用環(huán)氧樹脂來保護(hù)，所以密封性能和抗沖擊的性能都很好，不容易損壞。它可以應(yīng)用于水下照明。

外形尺寸靈活可實現(xiàn)與建筑的有機(jī)融合，達(dá)到只見光不見燈的效果;

環(huán)保無有害金屬汞，無紅外和紫外線輻射。大功率LED特點及與其他光源比較LED被稱為“綠色光源”當(dāng)之無愧。

多變幻LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即 可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。

技術(shù)先進(jìn)與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融合了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。

其他優(yōu)點低熱量、小型化、響應(yīng)時間短等，這些都使LED光源具有很大的優(yōu)勢，為應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活中創(chuàng)造了有利條件。1

不足但是LED與其他光源比較也有不足的方面，比如在白光照明中顯色性偏低。目 前用黃色熒光粉和藍(lán)光產(chǎn)生的白光LED，其顯色性指數(shù)約為80。作為一般照明還可以，但對于一些色彩分辨要求高的場所就顯得不足。雖然通過增加適當(dāng)紅色熒光粉等方法，可以使顯色指數(shù)提高到90或者更高，但是與白熾燈的99相比較還是有一定差距，而且其效率會受到影響。通過RGB混色處理也可以提高顯色性，但是在技術(shù)在普及應(yīng)用上還需要做更多工作，因此顯色性方面，LED還需要作提升。至于價格過高、一次性投入較大，其實從綜合成本考慮，很多場合使用LED還是節(jié)約了大量成本。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所