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LED

LED(Light-emitting diode),中文名稱為發光二極體,是一種能發光的半導體電子元件,透過三價與五價元素所組成的複合光源。此種電子元件早在1962年出現,早期只能夠發出低光度的紅光,被惠普買下專利後當作指示燈利用。及後發展出其他單色光的版本,時至今日,能夠發出的光已經遍及可見光、紅外線及紫外線,光度亦提高到相當高的程度。用途由初時的指示燈及顯示板等;隨著白光發光二極體的出現,近年逐漸發展至被普遍用作照明用途。

發光二極體只能夠往一個方向導通(通電),叫作順向偏壓,當電流流過時,電子與電洞在其內複合而發出單色光,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摻入的元素雜質有關。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。雖然如此,近年仍然越來越多被用在照明用途上。

優點

  • 能量轉換效率高(電能轉換成光能的效率) - 也即較省電。
  • 反應時間短,使用壽命長 - 可以達到很高的閃爍頻率,且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,即便是在50度以上的高溫,使用壽命還有約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。

缺點

  • 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。
  • 由於LED的驅動電壓低於一般家用電壓,需要將LED及變壓器包裝為燈泡或燈管才可應用,許多市售產品因成本考量搭配品質較差的變壓器,而加快損壞的可能。
  • 發光二極體光度並非與電流成線性關係,光度調節略為複雜。
  • 成本較高,售價較高。
  • 因為發光二極體為光源面積小、分布較集中,作照明用途時會刺眼,須運用光學設計分散光源。
  • 每枚發光二極體因生產技術問題都會有一定差異,即使同一批次的發光二極體差異也不少。

未來

近年通用照明設備逐漸邁入穩定期,LED產業的獲利率不斷下滑,企業紛紛開始拓展新興的藍海市場,因研究藍光LED而獲得諾貝爾物理學獎的中村修二表示,包括MicroLED、雷射照明與光照上網技術(LiFi)將是未來LED產業的發展趨勢。

中村修二指出,LED的發光效率是白熾燈的10倍以上,可大幅減少能源耗,以目前的統計數據看來,以LED照明取代傳統照明,若在日本,可以節省了7座核電廠的發電量;美國19座;中國約17座。且LED的壽命長達30至50年,可以長期穩定提供照明,短期內將不會有任何回收的問題。

對於目前LED的市場看似飽和、獲利不斷下降,許多企業都想找到下一片藍海在哪裡。中村修二表示,MicroLED、雷射照明與光照上網技術(LiFi)是未來LED發展的方向,不過他也表示,要克服技術限制與普及化,仍需要時間。