我們每天家里使用的LED燈具已經慢慢取代了白熾燈和節能燈,成為日常照明工具的主流。為什么會這樣?因為兩者相較,有著大量的優勢。
一、LED燈具原理
LED(Light Emitting Diode),全名叫發光二極管,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體器件。LED發光部件由兩部分組成,一部分叫P型半導體,里面以空穴為主;另一部分叫N型半導體,里面以電子為主。兩部分連接在一起的結構叫做P-N結。通電以后,N型半導體里的電子就會移動到P型半導體里填充空穴,產生的能量以光的形式釋放出來。發光的顏色取決于制作半導體的材料。
如今日常照明常用的白光LED,一般是將發出藍光的GaN(氮化鎵)半導體芯片,用混合有YAG(釔鋁石榴石)黃色熒光粉的樹脂封裝起來。YAG熒光粉吸收了芯片發出的藍光,轉而發出黃光,再與剩余的藍光混合,就形成了人眼看到的白光。
藍光芯片結合黃色熒光粉原理的LED,技術成熟,生產規模大,成本低,是目前最常見的LED發光技術。其他發光技術還有藍光芯片結合紅綠色熒光粉、紫光芯片結合紅綠藍色熒光粉、紅綠藍三色芯片混合發光三種。
二、照明歷史大事記
1879年,愛迪生發明了第一盞白熾燈,人類照明進入電燈時代。
1938年,熒光燈(節能燈)問世。
1959年,鹵素燈問世。
1961年,高壓鈉燈問世。
1969年,第一盞LED燈問世。當時使用的材料是GaAsP,發紅光。
1976年,隨著新材料的引入,發綠光和黃光的LED問世,光效也有了一定的提高。
1980年代,GaAlAs材料問世,使得紅色LED的光效大幅提高,并開始應用于交通信號燈和汽車剎車燈,展現出了良好的節能效果。
1990年代初,發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的GaInN兩種新材料開發成功,使LED的光效再次大幅度提高。
1993年,日本科學家中村修二發明了以GaN為材料的高功率藍光LED芯片,使得LED集齊了紅綠藍三基色,補上了LED用于日常照明的最后一塊拼圖。中村修二也憑借此項發明獲得2014年諾貝爾物理學獎。
1999年,GaN藍光LED芯片與YAG黃色熒光粉相結合的商用照明LED燈具問世。LED照明時代正式開啟。
三、LED燈具的優點
LED燈具的原理決定了,其相比傳統的白熾燈和節能燈,各方面都具有無可比擬的優點。主要優點有以下這些:
節能。LED作為一種將電能直接轉化為光能的發光器件,能量轉化效率高。同等亮度下,能耗僅為白熾燈的10%,節能燈的25%。不同燈具的能量轉化效率
壽命長。經過良好散熱設計,采用優質加工工藝的LED燈具,使用壽命可達5萬小時以上,遠超白熾燈的1000小時和節能燈的8000小時。對于普通家庭來說,一次安裝基本相當于一勞永逸。
抗沖擊。LED燈具不含燈絲,一般不含有玻璃燈泡和燈管,不用擔心磕碰損壞的問題。
環保。LED燈具不含汞等有害物質,不像節能燈含汞會污染環境。
安全:LED燈具采用低壓供電,工作過程中發熱少,不產生紫外線和紅外線輻射,對人體無傷害。
靈活。LED芯片可以用于燈帶、筒射燈、吸頂燈、吊燈、臺燈等各種種類和形狀的燈具,能夠滿足各類家裝照明、辦公照明、戶外照明等多樣化的設計需求。
可調節。LED燈通過改變電流,就能實現調光調色功能,滿足未來智能照明的需求。
隨著全自動化機械封裝、機械貼片工藝的普及,LED燈具產品擺脫了過去可靠性低下的手工焊接模式,質量品控得到了保證,同時生產成本也得以進一步降低。機械貼片工藝能夠確保LED芯片與散熱底座牢固相連,提高了產品散熱性能,使用壽命得到了充分的保證。
現如今,Ra>90的LED燈具產品已經十分常見。顯色指數也已經不再是LED產品的缺點,今后隨著紫光LED芯片結合紅綠藍熒光粉技術的普及,LED燈具的發光質量也能達到接近自然光的水準。
相比過去的白熾燈和節能燈,LED燈在各個方面都具有非常顯著的優點。而隨著技術的進步,早期LED燈的缺點也早已被克服。未來,LED燈具的優勢只會越發凸顯,21世紀將是LED照亮的世紀。