半导体照明技术的新变化是什么？半导体照明系统的使用寿命有多长？用最简单的术语来说，发光二极管（LED）是一种半导体器件，当有电流通过时会发光。当载有电流的粒子（称为电子和空穴）在半导体材料内结合在一起时，就会产生光。由于在固态半导体材料内产生光，因此将LED描述为固态器件。固态照明这一术语也包括有机LED（OLED），使这种照明技术与其他使用加热灯丝（白炽灯和钨卤素灯）或气体放电（荧光灯）的光源区别开来。

发光二极管是双引线半导体光源。激活时，是ap-n结二极管发光。当对引线施加适当的电压时，电子能够与器件内的电子空穴复合，从而以光子的形式释放能量。这种效应称为电致发光，光的颜色（对应于光子的能量）由半导体的能带隙决定。

LED中使用的材料基本上是砷化铝镓（AlGaAs）。在其原始状态下，该材料的原子牢固结合。没有自由电子，导电就不可能了。

通过添加一种称为掺杂的杂质，会引入多余的原子，从而有效地扰乱了材料的平衡。

这些其他原子形式的杂质能够向系统提供自由电子（N型），或者从原子中吸收一些已经存在的电子（P型），从而在原子轨道上形成“空穴”。两种方式都使材料更具导电性。因此，在N型材料的电流影响下，电子在P型材料中能够从阳极（正）移动到阴极（负），反之亦然。由于具有半导体特性，电流在任何情况下都不会在相反的方向上传播。

从上面的解释中可以明显看出，从光源（在这种情况下为LED）发出的光的强度将取决于所发射的光子的能级，而该能级又取决于在原子轨道之间跳跃的电子释放的能量。半导体材料。

我们知道，要使电子从较低的轨道发射到较高的轨道，就需要提高其能级。相反，如果使电子从高轨道下降到低轨道，则逻辑上应该在此过程中释放能量。

在LED中，上述现象得到了很好的利用。响应于P型掺杂，LED中的电子通过从较高的轨道下降到较低的轨道而移动，以光子即光的形式释放能量。这些轨道彼此相距越远，发射光的强度就越大。

    不同的颜色  

过程中涉及的不同波长决定了LED产生的不同颜色。因此，器件发出的光取决于所用半导体材料的类型。

在LED的半导体材料内部，电子和空穴包含在能带内。带的间隔（即带隙）决定了LED发出的光子（光粒子）的能量。

光子能量决定了发射光的波长，因此决定了它的颜色。具有不同带隙的不同半导体材料会产生不同颜色的光。精确的波长（颜色）可以通过更改发光或有源区域的组成来调整。

LED由化合物半导体材料组成，这些化合物半导体由元素周期表中第III组和第V组的元素组成（这些元素称为III-V材料）。通常用于制造LED的III-V材料的示例是砷化镓（GaAs）和磷化镓（GaP）。

直到90年代中期，LED的颜色范围有限，特别是不存在商业用的蓝色和白色LED。基于氮化镓（GaN）材料系统的LED的开发完成了调色板，并开辟了许多新的应用。

主要的LED材料

用于制造LED的主要半导体材料是：

氮化铟镓（InGaN）：蓝色，绿色和紫外线高亮度LED

磷化铝镓铟（AlGaInP）：黄色，橙色和红色高亮度LED

砷化铝镓（AlGaAs）：红色和红外LED

磷化镓（GaP）：黄色和绿色LED

通过使用砷化镓（GaAs）作为半导体产生红外光。通过使用砷化镓磷（GaAsP）作为半导体产生红色或黄色的光。通过使用镓磷（GaP）作为半导体产生红色或绿色的光。

LED的优点：

1 .极低的电压和电流足以驱动LED。

V oltage范围- 1〜2伏。电流– 5至20毫安。

2.总输出功率将小于150毫瓦。

3.响应时间非常短-仅约10纳秒。

4.设备不需要任何加热和预热时间。

5.体积小巧，重量轻。

6.结构坚固，因此可以承受冲击和振动。

7. LED的使用寿命超过20年。

缺点：

1.稍微过量的电压或电流会损坏设备。

2.与激光相比，已知该设备的带宽要宽得多。

3.温度取决于辐射输出功率和波长。

常规照明系统使用卤素灯，白炽灯，紧凑型荧光灯（CFL），常规照明服务（GLS），高压汞蒸气灯（HPMV），低压钠蒸气灯（LPSV），金属卤化物灯等。照明系统有多种形式，例如高速公路照明，室内照明，嵌入式照明，轨道照明，街道照明，户外照明，泛光照明，汽车照明等。

通过使用节能LED灯，可以用先进的节能照明系统代替传统的灯。要了解LED照明和常规照明系统的成本与寿命的比较，首先，我们必须从技术上了解LED和常规照明的工作原理。

考虑紧凑型荧光灯（CFL灯泡）的工作。它们由一根长管玻璃管组成，内部涂有磷粉，并由两端通电的钨电极组成。将会有少量的镁和惰性气体（如氩气和汞，它们通常不会对热或电产生反应）。如果两端都通电，则管内的镁会被激发并以不可见的紫外线形式释放能量。如果此紫外线撞击磷涂层，则磷会产生可见光。

LED通常由固态半导体材料制成，这使得LED比传统的基于气体或灯丝的灯更耐用。如果电流通过该半导体材料，则电子开始起雾，因此LED发出可见光。LED根据半导体材料中的电致发光原理工作。

在这里，小编从电气和电子专家那里收集了一些关于LED照明系统的成本和寿命与传统照明系统之间的比较的有趣观点。

未来，LED使生活更美好，更美好萨姆帕斯可以实现的 LED技术因其优势将为用户提供极大的帮助。LED可以用于家庭，街道照明，汽车等多种用途。与传统技术相比，它们具有许多优势，例如使用寿命长，色彩饱和度高，效率和复杂性更高。如果我们一天只使用一个LED几个小时，则功耗为12瓦，每年将花费您1美元。但是CFl灯泡的功耗约为14瓦，每年将花费您约1.17美元。因此，与其他照明技术相比，这些照明是照明领域最重要的发展。

    各种照明系统的寿命  

各种照明系统的大致寿命如下

白炽灯：800至1500小时

卤素灯：2000小时

一般照明服务灯：6000小时

荧光灯：10000小时

钠蒸气灯：18000小时

汞蒸气灯：24000小时

金属卤化物灯：35000小时

LED：60000小时

系统的成本不仅取决于安装，还需要考虑维护成本，更换成本，更改灯的颜色的成本，安全设置的成本，灯消耗的电能的成本等。

    各种照明系统的成本  

常规灯（荧光灯）的安装成本比LED便宜。但是，与荧光灯相比，长期使用LED可以节省大量的潜在成本。

让我们考虑一些照明系统的成本特征，如下所示：

正如我们前面所讨论的，照明系统的成本涉及不同的约束条件，包括安装成本，电能消耗成本，年度运营成本，清洁成本，更换成本等。

    各种照明系统的安装成本  

如果我们考虑每个灯泡的价格，可以将常用照明系统的成本表示为

发光二极管（LED）：10至25美元

白炽灯泡：1至2美元

紧凑型荧光灯（CFL）：4至6美元

操作这些不同的灯所需的年度成本可以表示为

发光二极管（LED）：0.84美元

白炽灯泡：4.82美元

紧凑型荧光灯（CFL）：1.32美元

以瓦为单位的不同光消耗的电能

对于450流明的光输出：

发光二极管（LED）：4至5瓦

白炽灯泡：40瓦

紧凑型荧光灯（CFL）：9至13瓦

对于2600流明的光输出：

发光二极管（LED）：25至28瓦

白炽灯泡：150瓦

紧凑型荧光灯（CFL）：30至55瓦

    不同灯的清洁费用  

需要清洁不同灯的二氧化碳排放，以减少由于使用各种灯而产生的废物所造成的环境影响。如果我们考虑每年使用30个灯泡，那么这些灯的碳二极管排放量可以表示为

发光二极管（LED）：451磅/年

白炽灯泡：4500磅/年

紧凑型荧光灯（CFL）：1051磅/年

因此，如果我们观察到，即使LED照明的安装成本比其他照明系统高，但每年的运营成本却非常低。因此，LED照明系统对于长期使用而言更经济。因此，如果考虑所有影响照明系统成本和寿命的参数，LED是未来照明系统的最佳选择。

未来，LED的光输出将继续增加，从大约2016年开始，将实现面向大众市场的通用照明应用。在未来的两到三年内，替代白炽灯泡的有效通用LED解决方案将出现在市场上，但最初它们将相对昂贵。

在30,000小时的使用寿命中，一个60瓦的白炽灯泡的总成本为2582 INR。

（白炽灯的使用寿命为1300小时，因此我们需要23个灯泡@ 34 INR = 782 INR +充电1800 INR @ 1 INR每1 KW）

在30,000小时的使用寿命中，CFL灯泡的总成本为855 INR。

（CFL的使用寿命为8000小时，因此我们需要3.75个灯泡@ 124 INR = 465 INR +充电390 INR @ 1 INR每1 KW）

一个LED灯泡在30,000小时的使用寿命中的总成本为1440.49 INR。

（LED使用寿命为30,000小时，因此我们需要1个灯泡@ 1500 INR = 1500 INR +充电245 INR @ 1 INR每1 KW）

小编目前的建议是将CFL灯泡用于一般照明，将白炽灯泡用于集中阅读，因为即时照明很重要，并且LED灯泡将用于一些很难触及的插座中，因为它们具有非常非常寿命长。随着LED灯泡价格的下降，我们可以先更换白炽灯泡，然后再更换CFL。

LED最初比荧光灯和紧凑型荧光灯贵，但从现在开始，从长远来看，它们可以节省大量成本。尽管白炽灯可持续使用800至1500小时，而荧光灯可持续使用10,000小时，但LED可持续使用多达60,000小时。由于需要购买的替换物更少，因此可以节省大量资金。

LED技术已经存在了很长一段时间，并且被忽略了，这也许是因为尽管效率高，能耗低，但其生产成本还不够高。然而，在过去十年左右的时间里，用于照明系统的LED技术的IP申请量急剧增加，几乎所有顶级照明公司都表现出了对在此领域开发更多IP的强烈兴趣。围绕白炽灯照明以及在较小程度上的荧光照明系统进行研究。专利发布趋势显示，近年来申请量呈稳定，急剧增长的趋势，而随着该技术的下降，今年前几个月的本年度数字同样具有前景，看来LED在照明的未来方面正迅速变得十分重要。

    LED照明系统的使用寿命  

更换灯泡所花费的时间（尤其是在较大的建筑物中）可能适得其反。由于LED灯泡在荧光灯管上的使用寿命长，因此在使用LED时可以显着减少维护和更换时间。

    最新的LED技术：多色LED  

直到最近，我们终于实现了难以捉摸的蓝色LED，从而开启了全光谱LED阵列的可能性。就在今年，科学家们开发了一种技术，该技术允许单个LED产生所有三种原色。这对于有源LED显示器具有重大意义，有源LED显示器通常需要三到四个彼此靠近放置的微型独立LED才能呈现整个光谱。不久之后，我们可能会开始看到由颜色调谐的LED组成的LED显示器。

而且，新的LED技术-用称为called的稀土元素掺杂氮化镓-与当前基于GaN的LED技术兼容。我们通常看到基于GaN的LED在商业固态照明中起作用，这意味着这种进步将对未来的商业领域产生重大影响。

    反向LED散热  

LED物理学的另一个令人激动的新进展是，我们看到研究人员反向运行LED以产生散热效果。最近，一个研究小组证明，如果向后运行LED（而不是像二极管那样不做任何事），则可以实现非常短距离的冷却效果，达到6W / m 2。

研究人员推测，他们将来可以将冷却能力提高到1000W / m 2。这个想法还没有为实际应用做好准备，但是使用LED将热量从处理器吸走可能会改善可穿戴设备和移动设备的散热性能。

    园艺照明  

在园艺照明领域，色彩调校的照明与LED温度效应之间的交汇点令人振奋。比利时番茄种植者协会“ 比利时“小号大师番茄“使用的LED刺激植物生长。 Tomato Masters没有使用行业标准的高压钠（HPS）灯，而是在其13.3英亩的室内番茄农场中完全配备了LED照明。

他们的配方经过精心调整，可以刺激番茄的生长，是红色，远红色，蓝色和白色的混合物，在人眼看来是粉红色的。他们的定制场使用与克里配备海波配件“ 下一代的XLamp XP-E2 为配方的红色和远红外部分（这些新的园艺灯也是在英国和荷兰的地方）。要查找Cree的更多LED，请单击此处。

比利时团队最初担心由于LED的高效率，灯可能不会产生足够的热量来使植物在冬天变暖。但是他们的第一个冬天在没有激活备用加热系统的情况下取得了足够的成绩，再次证明了照明技术的发展如何缩短了投资回收期。

    OLED成本可能下降  

最后一项激动人心的更新是低成本有机LED（OLED）技术的开发。与典型的LED不同，有机LED由薄片材料制成，因此非常适合在显示器中使用。不幸的是，由于与单点LED相比，它们的高制造成本和相对较低的效率，OLED显示器未能在照明领域脱颖而出。不过，这一切都可能会改变：几家公司正在努力降低OLED的成本，并为OLED技术开发新的外形尺寸，特别关注建筑照明。

    LED的未来  

尽管LED已经存在并已投入实际使用数十年，但它们仍然是创新和重要技术发展的来源。  这些新的发展可能很快会在我们发现LED的几乎每个领域带来新的和改进的产品。无论是在技术还是在应用方面，我们都对色彩调节方面的重大突破感到特别兴奋。