LED照明的优点和益处

1962年Nick Holonyak，Jr.（Nick Holonyak，Jr.是IEEE的资深会员）和他的两个研究生M.George Craford[M.George Craford是LumiLeds公司（现Philips公司）的技术负责人]和Russell Dean Dupuis一起做出了世界上第一只LED（Light Emitting Diode）。Nick Holonyak，Jr.是IEEE荣誉金奖的获得者，自1963年以来是美国伊利诺伊州大学教授。

M.George Craford在1972年做出了第一只黄光LED，是目前美国获得国家技术金奖和国家科学金奖的13人之一^[1]。

至今，LED的出现已有50余年的历史，LED在应用范围、技术性能上已有很大进步。起初，LED主要用于指示灯的应用场合，发光亮度有限。现LED已广泛用于室内外照明、汽车照明、LCD背光照明、大屏幕显示等场合。由于LED的发光效率较白炽灯的发光效率高许多，比荧光灯、金卤灯、钠灯等HID灯的发光效率高、体积小、易于使用、无环境污染、调光控制灵活，被认为是应用前景非常好的第4代电光源。

据有关资料报道，目前LED实验室水平的发光效率已高达208lm/W（APEC 2011年会议介绍），并且随着技术进步LED的发光效率还会进一步提高。

LED是一种PN结结构，其端电压具有一定势垒，对LED施加正向电压，势垒下降，P区和N区的多子互相扩散，而空穴比电子的迁移率小得多，所以大量电子向P区扩散，对P区注入少数载流子。价带上的空穴与电子复合，得到的能量以光能的形式释放。这就是LED的发光原理。

至今，LED的技术性能已有很大提升，在手机、平板电视、室内外照明等场合得到了广泛的应用。

安捷伦公司的前任科学家Roland Haitz从1965年LED商业化至今的发展历程观察得出，LED的价格每10年将为原来的1/10，性能则提高20倍。以此为基础提出了关于LED发展的Haitz定律，给LED发展留出很大的想象空间。实际工作中得出的结论与预测如图1-1所示^[2]，能很好地和Haitz定律吻合。LED发展演进（DOE 2011 MYPP）如表1-1所示，LED发光效率的进展如图1-2所示^[3]。

表1-1 LED发展演进（DOE 2011 MYPP）[4]

（续）

注：1.对冷白光封装LED假定：相关色温（CCT）=4746～7040K和显色指数（CRI）=70～80，对暖白光封装LED假定：相关色温=2580～3710K和显色指数=80～90。

2.发光效率是在25℃和驱动电流密度为35A/cm²的条件下测得的。

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图1-1 实际工作中得出的结论与预测

图1-2 LED发光效率的进展（Cree公司2012年给出的数据）

LED照明主要有以下优点：

1）使用安全，工作电压在1.5～3.5V之间；

2）在低温环境下工作效果好，没有冷启动的问题；

3）发光方向性好，没有浪费的发光，发光形式易于安排和设置；

4）环境友好，无汞等重金属环境污染，不像荧光灯一样含有汞成分，废弃物可回收；

5）启动时间短（纳秒级），而HID则需要不小于10m的时间，适用于频繁开关以及高频开关运作的应用场合；

6）工作寿命长，L70（70%的发光输出流明维持率）的条件下；光通量衰减到70%的标准寿命大于50000h。一个LED灯一天使用按8h计算，可以使用12年。使用寿命方面问题最多出在驱动电源上；

7）使用灵活、体积小，可以平面封装，易于开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的产品。易于调光和控制、节能，可以创造出许多新的发光效果；

8）没有用灯丝和玻壳等容易损坏的部件，所以抗振性好，非正常报废率很小，使用维护费用极低；

9）发光效率高，据报道，2011年Cree公司实验室水平已达208lm/W。光谱几乎全部集中于可见光频率，发光效率可以高达80%～90%。由于光谱中没有紫外线和红外线，没有热辐射，属于典型的绿色照明光源。而白炽灯可见光发光效率仅为10%～20%，作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10～1/8。