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LED光源在矿山照明中的应用探讨

2011-01-18 16:04
kumsing
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  矿山照明光源是矿山机械行业中的重要组成部分,老式的矿灯如白炽灯、荧光灯和高压钠灯等,不但耗电量大,而且灯泡寿命短,发光面积小,光照不均匀。尤其是老式矿灯多为热光源,使用不当会引起矿井瓦斯爆炸,严重危害矿山安全生产。一种节能、环保、无害、长寿命、低热、抗震、色纯度高的第4代新型光源半导体发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光源应运而生,现在正逐步广泛应用于生活中,如景观灯、交通灯、汽车灯等,在矿山照明中也将有广泛的应用前景。

  1.1.LED光源发光机理

  发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件,它是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如砷化镓、磷化镓和磷砷化镓等
半导体制成,其核心是PN结。它具有一般PN结的特性:正向导通,反向截止、击穿,此外,在一定条件下,它具有发光特性。PN结处于平衡时,存在一定的势垒区,其能带见图1。

LED发光原理

图1  LED发光原理

  当在PN结的两端加正偏压时,PN结区势垒降低,大量非平衡载流子从扩散N区注入到P区,并与P区向N区扩散的空穴不断地产生复合。复合的过程是电子从高能级跌落到低能级的过程,以光辐射的形式释放能量而发光。由于空穴的扩散速度远小于电子的扩散速度,发光主要发生在P区[1]。

  1.2.LED光源优点分析

  LED灯与老式矿灯比较,具有许多优点,主要有以下几点:

  (1)高节能 LED光源属于一次光源,在发光的过程中,电能直接变为了光能,LED灯作为新光源,在与普通白炽灯(二次光源)保持同样亮度情况下,其耗电量仅为普通白炽灯的1/10,因此能耗小。

  (2)寿命长、响应快 LED光源被称为长寿灯,使用寿命可达5~10万h,比老式光源寿命长10倍以
上。LED发光的响应很快,它的响应时间为纳秒级,荧光灯为0.1ms,日光灯一般为毫秒级。

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