發光二極體 (英文:Light-Emitting Diode,簡稱LED)
是一種能發光的半導體電子元件。這種電子元件早在1962年出現,早期只能發出低光度的紅光,之後發展出其他單色光的版本,時至今日能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線,光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等;隨著白光發光二極體的出現,近年續漸發展至被用作照明。
LED只能往一個方向導通(通電),叫作正向偏置(正向偏壓),當電流流過時,電子與電洞在其內重合而發出單色光,這叫電致發光效 應,而光線的波長、顏色跟其所採用的半導體物料種類與故意滲入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、反應速度快、可靠性高等傳統光源不及的優 點。白光LED的發光效率近年有所進步;每千流明成本,也因為大量的資金投入使價格下降,但成本仍遠高於其他的傳統照明。在技術上,LED在光電轉換效率 仍比新型的T5螢光燈低。
優點
在低光度下能量轉換效率高(電能轉換成光能的效率) – 也即較省電,非常適合在低光度(如手提電話的背光、夜燈)需求中使用。但當提高光度至如檯頭燈般或更高時,LED的效率比鎢絲燈泡高,但比螢光燈(俗稱光管或日光燈管)差:IEEE(電氣電子工程師學會)的刊物IEEE Spectrum曾有文章證實這一點。
反應(開關)時間短 – 可以達到很高的閃爍頻率,甚至讓「可見光網路」成為可能。
使用壽命長 – 不因連續閃爍而影響其壽命。
在安全的操作環境下可達到10萬小時的壽命,但是在50度以上的高溫,使用壽命約只剩下4萬小時。(螢光燈T8為8000小時.T5為20000小時,白熾燈為1,000 ~ 2,000小時)。
耐震盪等機械衝擊 – 由於是固態元件,沒有燈絲、玻璃罩等,相對螢光燈、白熾燈等能承受更大震盪。
體積小 – 其本身體積可以造得非常細小(小於2mm)。
便於聚焦 – 因發光體積細小,而易於以透鏡等方式達致所需集散程度,藉改變其封裝外形,其發光角度由大角度散射至細角度聚焦都可以達成。
單色性強 – 由於是單一能級光出的光子,波長比較單一(相對大部份人工光源而言),能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。
色域略為廣闊 – 部份白色LED覆蓋色域較其他白色光源廣。
缺點
舊式LED高光度下效率較低,在一般照明用途上仍比螢光燈耗電,有些LED燈甚至比省電燈泡耗電。有些設計使用多枚LED,在保持整體光度下讓每枚LED可以工作在較低光度,從而增加效率,但使成本大為提高,售價亦較其他類型燈泡較高。(目前市面上已達90lm/W)
效率受高溫影響而急劇下降,浪費電力之餘也產生更多熱,令溫度進一步上升,形成惡性循環。除浪費電力也縮短壽命,因此需要良好散熱。
LED光度並非與電流成線性關系,光度調節略為複雜。
成本較高,售價較高。
因LED為光源面積小、分佈較集中,作照明用途時會刺眼,須運用光學設計分散光源。
演色性仍待加強。(傳統燈泡、鹵素燈演色性極佳,而螢光燈管容易找到高演色性的產品;演色性低的光源照明不但會有顏色不正常的感覺,對視力及健康也有害)
每枚LED因生產技術問題都會在特性(亮度、顏色、偏壓…等)上有一定差異,即使是同一批次的LED差異也不少。
LED應用
LED所需推動電壓及功率低,方便由運作電壓低的微處理器控制及在以電池作電源的設備上使用,所以常被用在各種電子產品、設備的狀態指示燈。在 消費性電子產品,手提嵌入式電子設備,家庭電器、玩具、各種儀器…等用途上作為工作狀態顯示燈。單一LED常被用作狀態顯示(例如電源狀況),也有製成七劃管的LED組用作顯示數字,而通常會在右下方加上「‧」、「,」,以顯示小數點等。
交通、道路等的指示燈
LED 交通號誌
當LED的光度發展達至要求後,便有汽車用LED作轉向與剎車燈,主要好處是LED極高的開關速度,LED的亮起時間比白熾燈快 0.5秒之多,這對行車安全非常重要。而車輛行駛環境中震蕩、溫差變化下,LED仍然有穩定的光度及可靠性。有些緊急服務車輛的閃光警標也使用 LED,LED可以高速閃動的特性簡化了以往產生閃動效果的機械結構而更加可靠。同樣工作在戶外環境的交通燈使用開關快速的LED也很適合,LED壽命較 長也減少壞燈及影響交通的機會。不過在氣候較低溫的地方,LED交通燈會有被積雪蓋著的問題。極小部份車輛開始使用白色LED作車頭燈,其好處是光線的方 向控制比白熾燈加拋物線反射鏡好。而公路的訊息顯示板也使用LED點陣顯示,這些顯示板多採用黃或紅色LED以求兼顧夜間環境。這類顯示器叫發光二極體顯示器,是平板顯示器的一種。
公共場所的平板顯示器。在機場、機艙、火車站、巴士站、碼頭等…各種公共運輸工具上等地方,LED被普遍地採用作為平板顯示器以顯示如班次、目的地、時間等相關訊息。而LED的可靠性與低耗電,使其也適合用作緊急出囗指示燈。
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