2 LED灯的结构性能及发光原理
LED是一种能够将电能直接转化为可见光的半导体器件。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p-n结中,注入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。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。这种由电能直接转换为光能的电场发光几乎全部集中于可见光频段,突破了传统钨丝白炽灯和卤素灯通电加热升温发光的原理,因而称之为冷光。
LED灯有以下的特点:
单色性好、色彩鲜艳丰富,颜色饱和度达到130%全彩色,使灯光更加清晰柔和,洋溢着现代气息,营造出梦幻般的未来感。
寿命长、抗振性好,LED是半导体元件,与白炽灯不同,没有玻璃、钨丝等易损可动部件,LED汽车灯的故障极低,无须更换,可以免维修,使用寿命>10万h。
响应时间短只有60纳秒,特别适合车用灯具光源,为骑乘者争取到了可贵的减小事故的时间。以制动指示灯为例,假设摩托车以125km/h的速度高速行驶,那么制动时可比白炽灯泡制动灯的反应时间提早约8m距离发出制动警告,从而有效避免车辆追尾事故的发生。
高效率、低能耗,LED光源不需要滤色,就能直接产生车用灯具需要的白色,红色、唬拍色、蓝色等各种颜色,无损耗,电能利用率高达80%以上。
体积小、重量轻,利用其特点可设计又薄、又轻、又紧凑的各种式样的LED灯具,给车辆造型设计提供空间和便利。以摩托车尾灯为例,LED尾灯与普通白炽灯尾灯相比,厚度降低58%、质量减小48%,而照射面积却增加1.2%。
平面发光方向性强,它与点光源白炽灯不同,视角度≤ 180°,设计时一定要注意和利用LED光源有不同的视角度和不能大于180°这特点;光通量达不到前照灯使用要求,单个LED的光通量小,目前单个LED车灯的光通量研究水平可达120 lm/W,产品水平≤60 lm/W,而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散热器,所以LED光源一般采用LED阵列设计方法;随着技术的进步,新型LED模块组件的光通量已有突破性进展;行驶时可根据行驶状态以及天气变化情况,自动改变配光模式,大幅度提高行驶安全性。
绿色环保照明光源、配光性能可变。LED光谱中单色性好,没有多余红外、紫外等光谱,不含汞等有害物质,热量、辐射很少;新型前照灯突破了传统LED灯的技术弊端,增加了更新技术和配光性能可变功能。LED汽车灯的发光效率随温度升高而下降,一般芯片温度超过120℃将失效,在灯具总成设计和制造的工艺设计一定要考虑热设计。
LED发光二极管是一种固态的半导体器件,它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,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由3部分组成,一部分是p型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是n型半导体,在这边主要是电子,中间通常是1-5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子和空穴就会被推向量子阱,在量子阱内电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成p-n结的材料决定的。摩托车前照灯俗称“大灯”,装在车头部两侧用来照明车前道路。因为LED具有亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长的特点,摩托车采用LED(发光二极管)为光源的车灯,LED被广泛应用于汽车和摩托车领域。