LED灯技术参数

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1、LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引 线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。一、LED 的结构及发光原理50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周 用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由 p 型半

2、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，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。二、LED 光源的特点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

3、是一个比使用高压电源更安全的电源， 特别适用于公共场所。2. 效能：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

4、比较昂贵，较之于白炽灯，几只 LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需 由上300500只二极管构成。三、单色光 LED 的种类及其发展历史最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当时所用的材料是 GaAsP ，发红光（入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（入p=555nm），黄光（入p=590nm）和橙光（入p=610nm），光效也提 高到 1 流明 /瓦。到了 80 年代初，出现了 GaAlAs 的 LED

5、 光源，使得红色 LED 的光效达到 10 流明 /瓦90 年代初，发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成功， 使 LED 的光效得到大幅度的提高。 在2000年，前者做成的LED在红、橙区（入p=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（入p=530nm） 的光效可以达到 50 流明 /瓦。几个光学术语的解释以及换算关系！1. 发光强度 （光度 ）的含义是什么 ?答：发光强度（光度， I ）定义为 :点光源在某一方向上的发光强度，即是发光体在单位时间 内所射出的光量，也简称为光度，常用单位为烛光（ cd,坎德拉），一个国际烛光

6、的定义 为以鲸鱼油脂制成的蜡烛每小时燃烧 120格冷（grain）所发出的光度，一格冷等于 0.0648 克2. 发光强度 （光度）的单位是什么 ?答：发光强度常用单位为烛光（cd,坎德拉），国际标准烛光（led）的定义为理想黑体在 铂凝固点温度（仃69C）时，垂直于黑体（其表面积为1m2）方向上的60万分之一的光度， 所谓理想黑体是指物体的放射率等于 1，物体所吸收的能量可以全部放射出去， 使温度一直 保持均匀固定，国际标准烛光（candela与旧标准烛光（candle的互换关系为1candela=0.981candle3. 什么叫做光通量 ?光通量的单位是什么 ?答：光通量（妨的定义是：点

7、光源或非点光源在单位时间内所发出的能量 ，其中可产生视觉 者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量。光通量的单位为流明（简写 lm）， 1 流明（lumen或lm）定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量，由于整 个球面面积为4n R2所以一流明光通量等于一烛光所发出光通量的 1/4 n或者说球面有4n, 因此按照流明的定义可知一个 cd的点光源会辐射4n流明，即（流明）=4nl（烛光），假 定为很小的立体弧角，在立体角内光通量札 则有 =QI4. 一英尺烛光的含义是什么 ?答：一英尺烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一英尺远而与光线正交的面 上的光照度，简写为1ft

8、c （1 lm/ft2，流明/英尺2）,即每平方英尺内所接收的光通量为 1 流明时的照度，并且 1ftc=10.76 lux5. 一米烛光的含义是什么 ? 答：一米烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一米远而与光线正交的面上的 光照度，称为勒克斯（lu x,也有写成lx）,即每平方公尺内所接收的光通量为 1流明时的 照度（流明 /米 2）6. 1 lux的含义是什么？ 答：每平方公尺内所接收的光通量为 1 流明时的照度7. 照度的含义是什么 ?答：照度（E）的定义为：被照物体单位受照面积上所接受的光通量，或者说受光照射的物 体在单位时间内每单位面积上所接受的光度，单位以米烛光或英尺烛光

9、（ftc）表示8. 照度与光度、距离之间有什么关系 ?答：照度与光度、距离间的关系是： E（照度）=1（光度）/r2（距离平方）被照体的照度大小与哪些因素有关 ?答：被照体的照度与光源的发光强度及被照体和光源之间的距离有关， 而与被照体的颜色、 表面性质及表面积大小无关光學照明用語 (1)光通量(v):單位:流明(lumen,lm)由一光源所發射並被人眼感知之所有 輻射能稱之為光通量。光強度 (Iv) ： 單位 : 坎德拉 (candela,cd) 光源在某一方向立體角內之光通量大小。一般而言，光源會向不同方向以不同之強度放射 出其光通量。在特定方向所放出之可見光輻射強度稱為光強度。照度 (I

10、lluminance, E)單位：勒克斯 (Lux, lx)照度是光通量與被照面之比值。1 lux之照度為1流明(lm)之光通量均勻分佈在面積為一平 方米之區域。輝度 (Luminance, L)單位：坎德拉每平方米 (cd/tf) 一光源或一被照面之輝度指其單位表面在某一方向上的光強度密度，也可說是人眼所感知 此光源或被照面之明亮程度。輻射計是用於測量不可見光特性的測量設備輻射通量(e): 瓦特(W)輻射強度 (Ie) ：瓦特每立方角 (W/sr)用於不可見光方面的量測 色溫 ( Co1or Temperature ) 單位：絕對溫度 ( Kelvin, K ) 一個光源之色溫被定義為與其具

11、有相同光色之 標準黑體 本身之絕對溫度值， 此溫度可以 在色度圖上之普朗克軌跡上找到其對應點。標準黑體之溫度越高 ,其輻射出之光線光譜中藍 色成份越多 ,紅色成份也就相對的越少。以發出光色為暖白色之普通白熱燈泡為例，其色溫 為2700K,而晝光色日光燈之色溫為 6000K。四、单色光 LED 的应用最初 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 9

12、0% ,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。 1987 年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于 LED 响应速度快(纳秒 级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。另外, LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。五、白光 LED 的开发对于一般照明而言， 人们更需要白色的光源。 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 （

13、YAG） 封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（入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 发出黄色光发射， 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。（如下 图所示）表一列出了目前白色 LED 的种类及其发光原理。 目前已商品化

14、的第一种产品为蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉， 其最好 的发光效率约为 25 流明 /瓦， YAG 多为日本日亚公司的进口，价格在 2000 元 /公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以 ZnSe 为材料的白光 LED ，不过发光效率较差。从表中也可以看出某些种类的白色 LED 光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在 未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加 R.G.B 三颜色荧光粉，用于封装 LED 白光，预计三波长白光 LED 今 年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。表 一 白 色 LED

15、 的 种 类 和 原 理芯片数 激发源 发光材料 发光原理1蓝色 LEDInGaN/YAGInGaN 的蓝光与 YAG 的黄光混合成白光蓝色 LEDInGaN/ 荧光粉InGaN 的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光蓝色 LEDZnSe由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光紫外 LEDInGaN/ 荧光粉InGaN 的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光2蓝色 LED黄绿 LEDInGaN 、GaP将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色 LED3蓝色 LED绿色 LED 红色 LEDInGaNAllnGaP将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED多个多种光色的LEDInGaN、GaPAllnGaP将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯， 然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。 近期，白色LED已达到单颗用电超过 1瓦，光输岀25流明，也增大了它的实用性。表二和表三列岀了白色LED的效能进展。表二单颗白色L ED的效能进展年份发光效能（流明/瓦）备注19985199915相若白炽灯200125相若卤钨灯200550估计表三长远发展目标单颗白色LED输入功率10瓦发光效能100流明/瓦输出