LED灯结构以及发光原理

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1、一、 LED 简介 回目录 LED 结构以及发光原理 LED（Light Emitting Diode），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，发光二极管发光二极管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。 半导体晶片由两部分组成，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 。但这两种半导体 连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，

2、 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。最初 LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的红色交通信号灯为例，在美国 本来是采用长寿命，低光效的140 瓦白炽灯作为光源，它产生2000 流明的白光。经红色滤光片后，光损失90% ，只剩下 200 流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18 个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14 瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。

3、1998 年发白光的LED开发成功。这种LED是将 GaN 芯片和钇铝石榴石（YAG ）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（p=465nm，Wd=30nm ），高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值 550nm。 蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm 。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光 混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG 白色 LED，通过改变YAG荧光粉的化 学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白

4、光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。上个世纪年代，科技工作者利用半导体结发光的原理，研制成了发光二极管。当时研制的，所用的材料是，其发光颜色为红色。经过近30 年的发展，现在大家十分熟悉的，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光仅在近年才发展起来，这里向读者介绍有关照明用白光。 LED 用途介绍可见光的光谱和白光的关系。众所周之，可见光光谱的波长范围为，是人眼可感受到的七色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如发的红光的峰值波长为565。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不 是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，

5、正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见，要使发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的 研究， 人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光黄色光）或三波长发光（蓝色光绿色光红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商 仅有少数几家，所以白光的推广应用，尤其是高亮度白光在我国的推广还有一个过程。白光的工艺结构和白色光源。对于一般照明，

6、在工艺结构上，白光通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图所示，图中芯片发蓝光（ ），它和（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发 出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光（构成的结构如图所示）。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。 白光照明新光源的应用前景。为了说明白光的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为流明瓦；荧光灯和灯的光效为流明瓦。对白光：在年，白光的光效只有流明瓦，到了年已达 到流明瓦，这一指标与

7、一般家用白炽灯相近，而在年时，白光的光效已达流明瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到年，的光效可达流明瓦，到年时，的光效可望达到流明瓦。那时的白光的工作电流便可达安 培级。由此可见开发白光作家用照明光源，将成可能的现实。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间小时以上），几乎无需维护。目前，德国 公司利用白光开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉 的一条街道已用了白光作路灯 照明；我国的城市交通管理灯也正用白光取代早期的交通秩序指 示灯。可以预见不久的将来，白光定会进入家庭取代现有的照明

8、灯。LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。 led- 特点LED特点和优点LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。耗电量低LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V 。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消 耗的电不超过0.1W。使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10 万小时高亮度、低热量 环保LED是由无毒的材料

9、作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。坚固耐用LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED 可以说是不易损坏的。色温及颜色的应用： （1） 光源的色温：人们用与光源的色温相等或相近的完全辐射体的绝对温度来描述光源的色表（人眼直接观察光源时所看到的颜色）又称光源的色温。色温是以绝对温度K 来表示。不同的色温会引起人们在情绪上不同的反应，我们一般把光源的色温分成三类： . 暖色光： 暖色光的色温在3300K 以下，. 暖色光与白炽灯光色相近，红光成分较多，给人以温暖、 健康、舒适的感觉，适用于家庭、住宅、宿舍、医院

10、、宾馆等场所，或温度比较低的地方。 . 暖白光： 又叫中间色，它的色温在3300K 5300K 之间。 . 暖白光光线柔和，使人有愉快、舒适、安祥的感觉，适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。 . 冷色光：又叫日光色，它的色温在5300K 以上，光源接近自然光，有明亮的感觉，使人精力集中，适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等场所。演色性：光源对物体颜色呈现的程度称为演色性，也就是颜色的逼真的程度，演色性高的光源对 颜色的表现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然颜色，演色性低的光源对颜色的表现较差，我们所看到的颜色偏差也较大。为何会有演色性高低之分

11、呢?其关键在于该光线之分光特性，可见光之波长在380至780之范围内，也就是我们在光谱中见到的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光 的范围，如果光源所放射的光之中所含的各色光的比例与自然光相近，则我们眼睛所看到的颜色也就较为逼真。 我们一般以显色指数为表征显色性。标准颜色在标准光源的辐射下，显色指数定为100。当色标被试验光源照射时，颜色在视觉上的失真程度，就是这种光源的显色指数。显色指数越大，则失真越少， 反之，失真越大，显色指数就越小。不同的场所对光源的显色指数要求是不一样的。在国际照明协会中一般把显色指数分成五类：类别 Ra 适用范围 1A 90 美术馆、博物馆及印刷等行业及场所2B 80 90

12、 家庭、饭馆、高级纺织工艺及相近行业2 60 80 办公室、学校、室外街道照明 3 40 60 重工业工厂、室外街道照明4 20 40 室外 道路照明及一些要求不高的地方LED 发展史50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识发光二极管的构造图 发光二极管的构造图，第一个商用二极管 产生于 1960 年。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 PN 结中， 注入的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。 PN 结加反向电压

13、，少数载流子难以注入，故不发光。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。高光效、低光衰大功率 LED，已广泛应用于路灯、工矿灯 、隧道灯 、射灯 、日光灯 等诸多照明领域，深受业界一致好评。1. 采用固态半导体器件晶片自主封装发光效率高,1W 的亮度可达到普通日光灯3W的效果，节约60%的电量，具有良好的光衰表现，耐高温pc 塑料材料精制。 2. 较低的vf 值（ 3.1v-3.5v），可降低耗散功率减少发热量，延长LED

14、 的工作时间。3. 采用独创的环氧树脂封装工艺以电子的形式发出能量, 正白和暧白的流明值可做到差不多. 产品无光斑色圈、显色高，一致性好。4. 透镜 经过特殊方法处理保证不会掉落。 5. 用途LED路灯 ,LED 射光 . LED灯饰 , led射灯灯大功率60W 80W 120W 160W 180W LED 装饰灯LED照明灯 LED 路灯LED工矿灯 LED 照明LED 舞台灯 。二、 LED 光源的特点 回目录 1. 电压： LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压 LED光源LED 光源电源更安全的电源，特别适用于公共场所。2. 效能

15、：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 3. 适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4. 稳定性： 10 万小时，光衰为初始的 50% 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级， LED 灯的响应时间为纳秒级6. 对环境污染：无有害金属汞7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙， 实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED ，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色8. 价格： LED 的价格并不昂贵9. 驱动： LED使用低压直流电即可驱动，具有负载小、干扰弱的优点，对使用环境要求较低10. 显色性高：LED的显色性高，不会对人的眼睛造成伤害 三、单色光 LED 的种类及其发展历史 回目录 LED光源LED 光源最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代末。当时所用的材料是 GaAsP ，发红光（ p =650nm ），在驱动电流为 20 毫安时，光通量只有千分之几个流明 ，相应的发光效率约 0.1 流明 / 瓦。70 年代中期， 引入元素 In 和 N ，使 LED 产生绿光 （ p =555nm