發光二極體的應用分析

發光二極體是半導體二極體的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發光二極體與普通二極體一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極體加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴複合，產生自發輻射的螢光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極體。

發光二極體發展史

發光二極體（英語：Light-EmittingDiode，簡稱LED）是一種能將電能轉化為光能的半導體電子元件。這種電子元件早在1962年出現，早期只能發出低光度的紅光，之後發展出其他單色光的版本，時至今日能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術的不斷進步，發光二極體已被廣泛地應用於顯示器、電視機採光裝飾和照明。趨勢隨著行業的繼續發展，技術的飛躍突破，應用的大力推廣，LED的光效也在不斷提高，價格不斷走低。新的組合式管芯的出現，也讓單個LED管（模塊）的功率不斷提高。通過同業的不斷努力研發，新型光學設計的突破，新燈種的開發，產品單一的局面也有望在進一步扭轉。控制軟體的改進，也使得LED照明使用更加便利。這些逐步的改變，都體現出了LED發光二極體在照明應用的前景廣闊。

LED被稱為第四代光源，具有節能、環保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，可以廣泛應用於各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。

LED優點：電光轉化效率高（接近60%，綠色環保、壽命長（可達10萬小時）、工作電壓低（3V左右）、反覆開關無損壽命、體積小、發熱少、亮度高、堅固耐用、易於調光、色彩多樣、光束集中穩定、啟動無延時；

LED缺點：起始成本高、顯色性差、大功率LED效率低、恆流驅動（需專用驅動電路）。相比之下，各種傳統照明存在一定的缺陷。

白熾燈：電光轉化效率低（10%左右）、壽命短（1000小時左右）、發熱溫度高、顏色單一且色溫低；

螢光燈：電光轉化效率不高（30%左右）、危害環境（含汞等有害元素，約3.5-5mg/只）、不可調亮度（低電壓無法啟輝發光）、紫外輻射、閃爍現象、啟動較慢、稀土原料漲價（螢光粉佔成本比重由10%上升到60~70%）、反覆開關影響壽命；體積大。

高壓氣體放電燈：耗電量大、使用不安全、壽命短、散熱問題，多用於室外照明。

發光二極體的應用現狀

隨著技術水平的提高發光二極體不斷克服自身的局限性，開始擴大銷售市場，通過提高自身的性價比，在銷售時受到大量消費者的青睞。發光二極體的具有多種類型，可根據工作性質的需要，調成適合工作的類型，市場功能比較高。它主要包括單點發光的發光二極體，組合顯示的發光二極體，在平面上呈點陣的發光二極體，室外置於筒中的發光二極體。

單點發光的發光二極體。主要利用單點發光來工作，它的顏色和樣式並不是單一的，具有多種類型。隨著技術的革新單點發光的發光二極體正走在不斷完善自身的道路上，越來越趨向於體積小，性能高，在家庭生活中比較常見這種類型的發光二級管。

組合顯示的發光二極體一般是指一些顯示器。在這些顯示器內部安裝了大量的發光二極體晶片，這些晶片被使用於一些測量的器械中。

平面點陣的發光二極體主要是指其排列現出一定的規律，可根據需要的不同安裝不同顏色的管芯，組合成圖像活著文字，這種類型的發光二極體被廣泛的應用於一些商場中，可以吸引顧客注意。

室外置於筒中的發光二極體，顧名思義將多個發光二極體放在一個密封的筒內。筒能夠對發光二極體發揮一定的保護作用，使其避免陽光的直射和風雨的侵蝕，有益於延長發光二極體的使用壽命，此外密封在筒內可以集中增強亮度，這種類型的發光二極體被廣泛的應用在一些指示牌和一些室外的廣告螢屏上。

發光二極體具體應用情況

隨著發光二極體高亮度化和多色化的進展，應用領域也不斷擴展。從下邊較低光通量的指示燈到顯示屏，再從室外顯示屏到中等光通量功率信號燈和特殊照明的白光光源，最後發展到右上角的高光通量通用照明光源.2000年是時間的分界線。在2000年已解決所有顏色的信號顯示問題和燈飾問題，並已開始低、中光通量的特殊照明應用，而作為通用照明的高光通量白光照明應用，似乎還有待時日，需將光通量進一步大幅度提高方能實現。當然，這也是個過程，會隨亮度提高和價格下降而逐步實現。

1.LED顯示屏

自20世紀80年代中期，就有單色和多色顯示屏問世，起初是文字屏或動畫屏.90年代初，電子計算機技術和集成電路技術的發展，使得LED顯示屏的視頻技術得以實現，電視圖像直接上屏，特別是90年代中期，藍色和綠色超高亮度LED研製成功並迅速投產，使室外屏的應用大大擴展，面積在100—300m不等。目前LED顯示屏在體育場館、廣場、會場甚至街道、商場都已廣泛應用，美國時代廣場上的納斯達克全彩屏最為聞名，該屏面積為120英尺×90英尺，相當於1005m，由1900萬隻超高亮藍、綠、紅色LED製成。此外，在證券行情屏、銀行匯率屏、利率屏等方面應用也佔較大比例，近期在高速公路、高架道路的信息屏方面也有較大的發展。發光二極體在這一領域的應用已成規模，形成新興產業，且可期望有較穩定的增長

2.交通信號燈

航標燈採用LED作光源已有多年，目前的工作是改進和完善。道路交通信號燈近幾年來取得了長足的進步，技術發展較快，應用發展迅猛，我國目前每年有四萬套左右的訂單，而美國加州在去年一年內就用LED交通信號燈更換了五萬套傳統光源的信號燈，根據使用效果看，壽命長、省電和免維護效果是明顯的。目前採用LED的發光峰值波長是紅色630nm，黃色590nm，綠色505nm.應該注意的問題是驅動電流不應過大，否則夏天陽光下的高溫條件將會影響LED的壽命。最近，應用於飛機場作為標燈、投光燈和全向燈的LED機場專用信號燈也已獲成功並投入使用，多方反映效果很好。它具有自主智慧財產權，獲準兩項專利，可靠性好，節省用電，免維護，可推廣應用到各種機場，替代已沿用幾十年的舊信號燈，不僅亮度高，而且由於LED光色純度好，特別鮮明，易於信號識別［1］。鐵路用的信號燈由於品種系列較多，要求光強和視角也各不相同，目前正加緊研製中，估計會逐步研製成功並陸續投入應用，從數量看，也是一個頗大的市場。

3.汽車用燈

超高亮LED可以做成汽車的剎車燈、尾燈和方向燈，也可用於儀表照明和車內照明，它在耐震動、省電及長壽命方面比白熾燈有明顯的優勢。用作剎車燈，它的響應時間為60ns，比白熾燈的140ms要短許多，在典型的高速公路上行駛，會增加4—6m的安全距離。

4.液晶屏背光源

LED作為液晶顯示的背光源，它不僅可作為綠色、紅色、藍色、白色，還可以作為變色背光源，已有許多產品進入生產及應用階段。最近，手機上液晶顯示屏用LED製作背光源，提升了產品的檔次，效果很好。採用8個藍色、24個綠色、32個紅色LuxeonLED製成的15in（1in≈2.5cm）液晶屏的背光源，可達到120W，2500lm，亮度18000nits（尼特，cd/m2）.22液晶屏背光源也已製成，僅為6mm厚，不但混色效果好，顯色指數也達到80以上。目前大型背光源雖處於開發階段，但潛力很大。

5.燈飾

由於發光二極體亮度的提高和價格的下降，再加上長壽命、節電，驅動和控制較霓虹燈簡易，不僅能閃爍，還能變色，所以用超高亮度LED做成的單色、多色乃至變色的發光柱配以其他形狀的各色發光單元，裝飾高大建築物、橋梁、街道及廣場等景觀工程效果很好，呈現一派色彩繽紛、星光閃爍及流光異彩的景象。已有不少單位生產LED光柱達萬米以上，彩燈幾萬個，目前正逐步推廣，估計會逐步擴大單獨形成一種產業。

6.照明光源

作為照明光源的LED光源應是白光，白光LED光源分類如表3，目前作為軍用的白光LED照明燈具，已有一些品種投入批量生產。由於LED光源無紅外輻射，便於隱蔽，再加上它還具有耐振動、適合於蓄電池供電、結構固體化及攜帶方便等優點，將在特殊照明光源方面會有較大發展。作為民間使用的草坪燈、埋地燈已有規模生產，也有用作顯微鏡視場照明、手電、外科醫生的頭燈、博物館或畫展的照明以及閱讀檯燈。隨著光通量的提高和價格的下降，應用面將逐步拓展，以完成特殊照明向通用照明的過渡，估計2005—2010年會進入通用照明領域

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