LED的灯为什么会节能？

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一、LED的结构及发光原理

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light emitting diode（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。

LED结构图如下图所示

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。

二、LED光源的特点

1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境

4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级

6. 对环境污染：无有害金属汞

7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色

8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

三、单色光LED的种类及其发展历史

最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。

70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。

90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿 *** 域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。

四、单色光LED的应用

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。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

五、白光LED的开发

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发射，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。现在，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。（如下图所示）

表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光效率约为25流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。

从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，用于封装LED白光，预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。

表 一 白 色 LED 的 种 类 和 原 理

芯片数

激发源

发光材料

发光原理

1

蓝色LED

InGaN/YAG

InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光

蓝色LED

InGaN/荧光粉

InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

蓝色LED

ZnSe

由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光

紫外LED

InGaN/荧光粉

InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

2

蓝色LED

黄绿LED

InGaN、GaP

将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色LED

3

蓝色LED

绿色LED

红色LED

InGaN

AlInGaP

将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED

多个

多种光色的LED

InGaN、GaP

AlInGaP

将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED

采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。近期，白色LED已达到单颗用电超过1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色LED的效能进展。

表 二 单 颗 白 色L ED 的 效 能 进展

年份

发光效能（流明/瓦）

备注

1998

5

199

15

相若白炽灯

2001

25

相若卤钨灯

2005

50

估计

表三 长远发展目标

单颗白色LED

输入功率

10瓦

发光效能

100流明/瓦

输出光能

1000流明/瓦

六、业界概况

在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。

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相城区18835026071： led灯为什么比一般灯省电? - ？
寿剑辅舒： 因为LED灯泡的发光效率高达100流明/瓦以上,普通的白炽灯只能达到40流明/瓦,节能灯也就在70流明/瓦左右徘徊.所以,同样的瓦数,LED灯效果会比白炽灯和节能灯亮很多.1瓦LED灯亮度相当于2瓦左右的节能灯. LED单管功率0.03-0.06...

相城区18835026071： LED灯如何实现节能的?原理是什么 - ？
寿剑辅舒： 节能灯的学名叫紧凑型三基色电子荧光灯(简称CFL灯),1978年由国外厂家首先发明的,由于它具有光效高(是普通灯泡的5倍),节能效果明显,寿命长(是普通灯泡的8倍),体积小,使用方便等优点,受到各国人民和国家的重视和欢迎...

相城区18835026071： LED照明为什么节能? - ？
寿剑辅舒： 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.

相城区18835026071： 为什么led灯比白炽灯更节能 - ？
寿剑辅舒： 一、 LED灯 (1)LED灯(Light Emitting Diode)又叫发光二极管,它是一种固态的半导体器件,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...

相城区18835026071： 为什么LED灯比较节能 - ？
寿剑辅舒： LED是利用半导体材料制作成发光二极管直接把电能转换成光能,它的电光效率很高.而节能灯的基本工作原理和日光灯是一样的,只是把镇流器改成电子的并且和灯管作成一体的,虽然比白炽灯要省电,但是比LED的电光转换效率要低,灯管的使用寿命也不如LED.顺便补充一句,节能灯管的外接电压虽然是220V交流,但是实际上它的工作电压要低得多,在整流器内部要先进行整流降压变为较低的直流,然后再变换成驱动灯管的高频交流电,之所以外接220V交流电,完全是为了人们日常使用的方便,因为在我国,家庭供电都是220V交流电.

相城区18835026071： 为什么LED灯会节电呢? - ？
寿剑辅舒： 一个60瓦的白炽灯光源每小时耗电量为0.06度;一个15瓦的节能灯光源每小时耗电0.015度.若以一天开灯时间为六小时计算,使用节能灯光源可比白炽灯光源节省0.27度电,一个月下来即可节省8.1度电.若以11瓦节能灯每天使用5小时,电费按0.6元/千瓦时计算,使用一支节能灯比使用白炽灯每年约节省50元.LED灯分3W、5W、9W、11W等不同的瓦数.L E D灯可直流驱动,工作电流在0.02-0.03A左右,这使得其耗电量低于0.1W,初步估算比传统光源节能80%以上,比同瓦数的节能灯要节能30%-50%左右.

相城区18835026071： 为何LED灯比较节能？
寿剑辅舒：简单说,不同发光原理的灯具,电能转换成光能的效率不一样,所以耗电量不一样. LED照明即发光二极管照明,是一种可以直接把电能转换成光能的半导体器件,通电后它把90%的电能转换成光能,剩余部分电能在半导体器件工作时产生少量热能,电光转换效率高达90%.总之,LED无需灯丝加热,是冷光源,区别与其它灯具发光必然发热的工作原理,摒弃了电能转化为热能再转化为光能的过程.现在LED发展很好,正是因为有这些优势,得到各个国家的大力推崇.现在家里也换上东达华LED灯,确实比以前省电多了.LED都说前景很广.

相城区18835026071： 为什么说led灯比较省电? - ？
寿剑辅舒： 普朗克光电为您解答:是否省电取决于光源的光效,也就是电能转化为光能的效率,比如白炽灯的光效约10LM/W,而节能灯的光效大约60LM/W,而LED灯的光效目前主流可以达到130LM/W,也就是当白炽灯需要100W的灯泡才能照亮的环境,节能灯需要18W左右,而LED灯只需要9W就可以达到同样的亮度,所以说LED灯比较省电,希望能够帮到您!

相城区18835026071： 为什么LED灯节能? - ？
寿剑辅舒： 节能灯每瓦的光效平均是50-60流明;LED每瓦的光效平均是100流明;正常3W的LED球泡能替代9W的节能灯;通俗的解释:剩下了的6W就是剩下了的电,比如20W的工矿灯能替代120W的节能灯,能剩下了100W,希望能帮助到您.

相城区18835026071： 为什么说led灯管更节能? - ？
寿剑辅舒： 大家普遍认为led灯管节能高效,究竟什么原理下面超美照明小编带大家来分析一下:Led光源是半导体发光二极管,其内部核心是一个PN结可以直接将电能转化为光能的,能量转化快损耗低,不像传统的日光灯内部涂有荧光粉,使用时要经过电能转化成化学能在转化成光能.传统的一体化灯管都带有镇流器和启辉器能动功率损耗大. LED产品是自带驱动功耗较小,能耗相比降低50%,可直接安装在传统支架使用.大大延长了灯管的使用寿命.分析完原理led灯管的大范围应用就可以理解了,市场传统的光源正逐渐被淘汰,我们将面临的是市场新一轮的照明革新.更多led灯具信息可直接咨询超美照明客服了解