LED 照明灯原理

led照明灯原理图

led照明灯原理图

LED是发光二极体( Light Emitting Diode,

LED)的简称，也被称作发光二极管，这种半导体组件

发展以来一般是作为指示灯、显示板，但目前随着技

术增加，已经能作为光源使用，它不但能够高效率地

直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时～

10 万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，

并能省电，同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低

温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优

点。

随着白光LED的出现与更多科技的导入，目前

在家用电器及笔记本电脑的指示灯、汽车防雾灯、室

内照明等照明设备日渐蓬勃，LED的应用越来越普遍。

LED的发明

在1955年时，美国无线电公司（Radio

Corporation of America）的Rubin Braunstein发现

了砷化鎵（GaAs）与及其他半导体合金的红外线放射

作用，而1962年美国通用电气公司（GE）的Nick

Holonyak Jr则开发出可见光的LEDLED。不过，LED

真正的起飞是在1990年代白光LED出现后，才开始渐

渐被重视，而应用面越来越广。

LED的发光原理

LED是一种可以将电能转化为光能的电子零

件，并同时具备二极体的特性，也就是具备一正极一

负极，LED最特别的地方在于只有从正极通电才是会

发光，故一般给予直流电时，LED会稳定地发光，但

如果接上交流电，LED会呈现闪烁的型态，闪亮的频

率依据输入交流电的频率而定。LED的发光原理是外

加电压，让电子与电洞在半导体内结合后，将能量以

光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类

LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线，而

业界也有紫色～紫外线的LED，近年来LED最吸引人

的发展是在蓝光LED上涂上萤光粉，将蓝光转化成白

光的白光LED产品。LED之所以被称为世纪新光源，

原因在于LED具备点光源与固态光源的特性，能够节

省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色

彩饱和度高。

LED的顏色：

由于随着LED的制造材料不同，产生出来的光

子拥有的能量也不同，故业界透过制造材料来控制

LED发光的波长，进而产生拥有不同光谱与顏色的各

种LED。

全球第一颗LED采用的材料是砷(As) 化鎵

(Ga)，工作电压为1.424V，其发出的光线为红外光谱。

之后，业界发展出以磷(P)化鎵(Ga)作为LED的材料，

工作电压为2.261V，发出的光为绿光。业界早期就透

过这2种型态LED所需的材料，调配出从红外线到绿

色光范围内所有波长的LED产品，发展出常见的红光

LED、黄光LED、橙光LED等等，这3大类LED因为使

用了鎵、砷、磷3种元素，故被称为3元素LED，而

蓝光LED、绿光LED与红外光LED则被称为2元素LED。

业界后来发展出采用混合铝(Al)、钙(Ca) 、銦(In)

和氮(N)共4种元素的4元素LED，就能够发出所有可

见光范围与部份紫外线光谱的光线。

LED的亮度：

在讨论LED产品会看的发光亮度有3种单位，

分别是照度单位勒克司（Lux）、光量单位流明（Lumen；

lm）、发光强度单位烛光（Candle power；CD），3

种单位各自有适合使用的领域，但是在数值上是互通

的。

1 CD表示完全辐射的物体，在白金凝固点温度

下，每六十分之一平方公分面积的发光强度。适合用

在主动发光灯具领域，如白热灯泡。

1 lm表示1 CD光照射在距离为1公分，面积

为1平方公分平面上的光量。适合用在反射灯具与穿

透灯具领域，如投影机。

1 Lux表示指1 Lm光量均匀分佈在1平方米面

积上的照度。适合用在摄影领域。

一般而言，单一LED的发光强度以CD为单位，

并配上视角参数，而LED的发光强度从各位数mCD到

5,000mCD不等。厂商在标示LED单一产品时，其发光

强度规格是说LED在20mA电流下点亮时，最佳视角上

和中心位置上发光强度最大点的发光强度。

LED的节能效益

基于环保立场以及节约能源诉求，全球各国政

府重视LED与节能灯具带来的经济与节能效益，而厂

商也看好这次照明革命的商机而纷纷投入。除了欧盟

与美国国会均进行阶段性禁止白炙灯泡的使用外，目

前已经有加拿大宣佈2010年全面禁用白炙灯泡，而美

国加州在内的部份州，也要在2012年禁止白炙灯泡，

而澳洲则宣佈在2010年全面禁止贩售白炙灯泡，中

国、日本也有LED的奖励方案在规划中。

虽然目前市面上已经有另一种节能灯具产品省

电型萤光灯（CFL），但由于其照明品质仍旧不够，啟

动时间较一般白炙灯泡长，而且不能调整光源输出亮

度，普及度仍不够高。LED则具备更多的节能效益，

并且藉由技术的提昇，亮度已经达到让人满意的程度，

但价格高昂是一大问题，未来随着全球LED厂商的量

产脚步加快，价格降低后可加速LED灯具的普及程度。

LED的寿命：

一般LED的发光寿命很长，产品大多标明为

100,000小时以上，但事实上LED的亮度是会衰减的，

在运用一段时间后，亮度会衰捡到原本的一半或甚至

更少。但所幸随着业界技术的进步，减少LED亮度衰

减问题的方案很多。在生产过程中，选用如4元素LEC

材料能够拥有较久的亮度衰减週期，而厂商使用的

LED工艺与成品究竟能耐用多久有很大的关係，配色

也是LED厂的生产关键。

LED的使用寿命，比一般白炙灯泡的1,000小时、

日光灯具的1万小时，LED使用寿命可达5万小时，

大幅降低灯具替换的成本。这项特性帮助 LED 灯具在

价格竞争上，有了将一般灯泡替换成LED的好理由，

更可藉由这项优势，让许多原本因经济考量而不能全

天开啟的环境，藉由LED照明让公共或私人场所更安

全。比如说公共停车场、冰箱等等应用范围，美国最

大零售业者威名百货（Wal-Mart），日前就已经将该

公司的冷冻设备改採省电的LED产品。

LED较明显的缺点就是散热问题，不当的散热

将导致LED灯具的光度与使用寿命衰减，所幸这部份

藉由新技术的加持，渐渐也有了显着的改善。

LED的应用：

除了我们熟知的各种电子产品上面的LED指示

灯外，LED屏幕、LED照明、液晶屏幕用的LED背光源、

手机上按键的LED背光、新世代的OLED 屏幕、PLED

屏幕等等各式各样关于LED的应用正逐渐稳定的发展

中，部份领域的LED应用因为市场发展趋于成熟，普

及的速度开始加快，也无形中创造出惊人的商机。

目前高亮度白光LED光源，是目前美欧日LED

大厂竞相研发的重点，预估到了2011年后，LED将在

一般照明市场中大规模普及。虽然亚洲在 2006年高

亮度的生产规模占全球76％市佔率，不过白光LED光

源专利为日本的日亚化（Nichia）和T.G.、美国的Cree

以及欧洲的 Philips Lumileds和Osram五大厂所掌

握；中游模组虽无标准规格，但仍为国际大厂包括

National、Laminar、Osram、Lumiled、 Vishay所主

导；美国与日本也开始积极制订照明应用器具安规及

能源标准。

LED现阶段最大的应用是手机按键的背光源，

各种电子展品的指示灯，而最近应用在广告看板的大

型LED屏幕，还有应用在液晶屏幕的背光源也越来越

受到瞩目，LED的应用面日趋广泛。预估在2007下半

年可以看到更多LED产品的问世，而2008年LED照明

产品能够进一步地下降到部份消费者能接受的程度，

未来的发展端看各国政府积极应用LED于公共事业的

速度，可望加速LED价格的下滑，当消费者采用的程

度也提高，届时产生的经济效益与节能效益很可观。

LED是通电时可发光的半导体材料制成的发光

元件，材料使用III- V族化学元素（如：磷化鎵(GaP)、

砷化鎵(GaAs)等），发光原理是将电能转换为光，也

就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结

合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，

属于冷性发光。

LED最大的特点在于：无须暖灯时间(idling

time)、反应速度很快(约在10^-9秒)、体积小、用电

省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用

上的需要制成极小或阵列式的元件，适用范围颇广，

如汽车、通讯产业、电脑、交通号誌灯、液晶面板用

背光源、LED屏幕等。

文章转载自河南龙印华云广告装饰工程有限公司

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