关于led照明光源的优缺点

LED灯的优缺点有哪些？~

优点：
新型绿色环保光源：LED运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。LED的工作电压低，采用直流驱动方式，超低功耗（单管0.03~0.06W），电光功率转换接近100%，在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。
LED的环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
寿命长：LED为固体冷光源，环氧树脂封装，抗震动，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万~10万小时，是传统光源使用寿命的10倍以上。LED性能稳定，可在-30~+50°C环境下正常工作。
多变换：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256X256X256（即16777216）种颜色，形成不同光色的组合。LED组合的光色变化多端，可实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
缺点：
散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。
低端LED灯的省电性还是低于节能灯（冷阴极管，CCFL）。
初期购买成本较高。
因LED光源方向性很强，灯具设计需要考虑LED特殊光学特性。

LED的优缺点：
LED优点
❶体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。
❷耗电量低
　　LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)，电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A;这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。
❸使用寿命长
　　有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
❹高亮度、低热量
　　LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。
❺环保
　　LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源
❻坚固耐用
　　LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。
❼多变幻
　　LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
❽技术先进
　　与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。
LED 缺点
❶有毒元素含量
LED灯中包含有锑、砷、铬、铅以及其他多种金属元素。其中，部分LED灯的有毒元素含量已经超过了监管部门制定的标准。比如在低亮度红色LED灯中，研究人员发现其铅含量超标达到8倍，镍含量也超标2.5倍。
　　实际上在美国加州法律中，绝大多数LED灯都已经被明确定义为有毒垃圾，如果使用普通填埋的办法处理将会污染土壤和地下水。而如果LED灯破碎，还可能会对直接接触的人体健康造成损害。LED中的砷、铅、镍和铜元素对人体和环境的影响最为严重。
❷发光面比较窄
LED需要由于单个发光面比较窄，通常大规模集成在线路板上，形成一个比较大的发光源，由此会造成大量热量积累，有时会击穿电路板。所以LED灯的散热一定要好。
❸对眼睛有害
人眼最不能接受的是蓝光和UV光(即紫外线光)，蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的10倍，而UV光杀伤人眼活性细胞的能力又是蓝光的10倍，长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞，最终癌化形成斑块。而LED白光形成主要是靠450-455NM波长蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强，通常LED的波长出厂控制在500NM之内，即450-455NM，或455-460NM，属于伤害最强的区段，如果波长变大，那么激发荧光粉的能力就下降，效率降低。人们为了追求亮度，通常更会加强LED的蓝光强度，点灯时间越久，荧光粉衰减越快，进而导致人眼接触的蓝光波段的光照越强烈，从而对人眼造成伤害。
　　所以LED灯具在道路交通的LED导航指示、LED路灯、LED台灯的使用上具有一定的不利因素，容易让人在使用过程中产生头晕眼花、不舒服的感觉，甚至长期使用会变成眼晴伤害，使得患眼病的机率会有所提高。

LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性
1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：
(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系
IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升 IF = IS e qVF/KT
（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压
V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区 V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性
鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m
当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF
LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P = KT（Tj – Ta）。
1.4 响应时间
响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。
①响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr 、tf 。图中t0值很小，可忽略。
②响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。
LED的点亮时间——上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。
LED 熄灭时间——下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。
不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7 S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统。
2 LED光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
2.1 发光法向光强及其角分布Iθ
2.1.1发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
2.1.2 发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴为获得高指向性的角分布（如图1）
① LED管芯位置离模粒头远些；
②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED 2θ1/2 = 6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2.2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴ LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中

LED 光谱分布曲线
1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O
4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp = 460～465nm；
②是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm；
③是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm；
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm；
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。
⑵谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。
半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。
⑶主波长：有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λp也就是主波长。
如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。
2.3 光通量
光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。
LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。目前单色LED的光通量最大约1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（小芯片），对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18 lm。
2.4 发光效率和视觉灵敏度
① LED效率有内部效率（pn结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。
LED光电最重要的特性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。
②视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关系为 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ
③发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ
若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W
若光子能量hc=ev,则η≈ηP ，则总光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P
④流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP
它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。

以下列出几种常见LED流明效率（可见光发光效率）：
LED发光颜色 λp（nm）材料可见光发光效率（lm/w）外量子效率
最高值平均值
红光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2
黄光 590 GaP:N-N 0.45 0.1
绿光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15
蓝光 465 GaN 10
白光谱带 GaN+YAG 小芯片1.6，大芯片18
品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为
η=ηiηcηe ，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光（光取出效率）效率。
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：①用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；②把芯片晶体表面加工成半球形；
③用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽，可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。
2.5发光亮度
亮度是LED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2 或Nit。
若光源表面是理想漫反射面，亮度BO与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为14×108Nit。
LED亮度与外加电流密度有关，一般的LED，JO（电流密度）增加BO也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，ηc（复合效率）下降，BO减小。当环境温度不变，电流增大足以引起pn结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。
2.6寿命
老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为Bt=BO e-t/τ，Bt为t时间后的亮度，BO为初始亮度。
通常把亮度降到Bt=1/2BO所经历的时间t称为二极管的寿命。测定t要花很长的时间，通常以推算求得寿命。测量方法：给LED通以一定恒流源，点燃103 ~104 小时后，先后测得BO ，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出寿命t。
长期以来总认为LED寿命为106小时，这是指单个LED在IF=20mA下。随着功率型LED开发应用，国外学者认为以LED的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如LED的光衰减为原来35%，寿命＞6000h。
3 热学特性
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。
LED的主波长随温度关系可表示为λp（ T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃
由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作

这种说法是错误的。同时二楼回答的也不完全对。
首先白光LED的光非常刺眼，这和白光LED的发光原理有关：在白光LED的封装外有一层荧光剂，白光LED发光实际上是蓝色光，蓝色光激发荧光剂产生黄色光，在光色原理中，蓝光和黄光混合产生白光。

但这种白光是缺相的，即光中少了红橙绿青紫，人眼看起来非常不舒服，刺眼。
这种LED适合在夜间照明，如何能适应的话，作阅读照明也不错
如果注意读书距离的话，问题不大，曾经给别人之作过电话线LED台灯，用起来还可以，就是颜色缺相，刺眼不舒服

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乳源瑶族自治县13871031633： LED灯的优点和缺点 - ？
苍梧帜氢溴： LED特点 优点: 1.体积小.LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻. 2.耗电量低.LED耗电非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V.工作电流是0.02-0.03A.这就是说:它消耗的电不超过0.1W. ...

乳源瑶族自治县13871031633： LED日光灯的优点与缺点 原理 光源的缺点 - ？
苍梧帜氢溴： 我国LED的战略目标的技术指标和荧光灯(T5为荧光灯的一种)发光效率: LED(2010年) 100 lm/W 荧光灯 85 lm/W 寿命: LED(2010年) 50 Kh 荧光灯 10Kh 单灯光通量 LED(2010年) 800lm 荧光灯 3400lm 输入功率 LED(2010年) 5W 荧光灯 40...

乳源瑶族自治县13871031633： LED的优缺点? - ？
苍梧帜氢溴： LED优点它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途. 体积小:LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻. 低热量:LED使用冷发光技术,发热量比普通照明灯具低很多. 耐用...

乳源瑶族自治县13871031633： led灯具的优缺点是什么 - ？
苍梧帜氢溴： led灯具的有点是光源比较稳定耐用性好,并且光线好,省电

乳源瑶族自治县13871031633： LED灯优缺点 - ？
苍梧帜氢溴： 看回答的都不详细,也不实用,我来说说: 1、现在出的LED灯都有方向性,别看它说是球泡灯,灯的后面有一部份是照不到的,所以它特别适合做射灯或筒灯光源,不适合做吊灯光源,美式欧式吊灯灯的位置悬在半空,如用这个做光源,可以...

乳源瑶族自治县13871031633： 关于led照明光源的优缺点 - ？
苍梧帜氢溴： 这种说法是错误的.同时二楼回答的也不完全对. 首先白光LED的光非常刺眼,这和白光LED的发光原理有关:在白光LED的封装外有一层荧光剂,白光LED发光实际上是蓝色光,蓝色光激发荧光剂产生黄色光,在光色原理中,蓝光和黄光混合产生白光. 但这种白光是缺相的,即光中少了红橙绿青紫,人眼看起来非常不舒服,刺眼. 这种LED适合在夜间照明,如何能适应的话,作阅读照明也不错 如果注意读书距离的话,问题不大,曾经给别人之作过电话线LED台灯,用起来还可以,就是颜色缺相,刺眼不舒服

乳源瑶族自治县13871031633： 路灯led光源有哪些优缺点 - ？
苍梧帜氢溴： led光源有点很多:1、节能、环保,很低功率的led光源就可以达到和高功率高压钠灯同样的照明效果;2、寿命长,led光源将电能基本都转化为光能,热能很少,所以使用寿命长;3、显色指数高,led光源更接近太眼光,所以显色指数好,更真实. led路灯缺点:唯一的缺点就是售价稍微高一点,但是考虑到使用效果和使用寿命,性价比还是很高的.

乳源瑶族自治县13871031633： LED吸顶灯有哪些优缺点 - ？
苍梧帜氢溴： 点: 光效高、耗电少,寿命长,易控制,免维护,安全环保,是新一代冷光源,比管形节能灯省电,亮度高,投光远,投光性能好,使用电压范围宽,光源通过微电脑内置控制器,可实现LED七种色彩变化,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保.缺点: 吸顶灯不能安装在一些易燃材料上,如果安装在易燃的材料之上极有可能引发火灾如果我们要将吸顶灯安装在板材上,就需要采取一些隔热的措施,这样才能有效的防止火灾.

乳源瑶族自治县13871031633： led路灯的优缺点 - ？
苍梧帜氢溴： 先说说led的缺点,再说led路灯的缺点 1.单个led功率低. 为了获得大功率,需要多个并联使用.2.显色指数低. 在led照射下显示的颜色没有白炽灯真实,这要从光谱分布上来分析,属于技术问题.3.光斑. 由于白光led本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差,容易造成“黄圈”问题.再说led路灯的缺点:小功率led很少热量散发,做路灯是都是用大功率的led,大功率的led是存在散热没有办法解决的问题,而且发热后亮度会明显降低,所以功率不能做大.现在市场销售的led路灯最大的是250w,价格很高.尽管如此,led还是新兴的下一代光源,随着技术进步,应用更加广泛,大有发展前途.

乳源瑶族自治县13871031633： led灯在家用照明上有什么优势和劣势? - ？
苍梧帜氢溴： 优势:(1) 工作寿命长:LED作为一种导体固体发光器件,较之其他发光器具有更长的工作寿命.其亮度半衰期通常可达到十万小时.如用LED替代传统的汽车用灯,那么它的寿命将远大于汽车车体的寿命,具有终身不用修理与更换的特点....