LED发光原理及特点42947.doc

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1、LED发光原理及特点42947本文由1354589666贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 LED LED发光原理及特点 LED发光原理及特点 主讲人：张颖 LED照明概念 LED照明概念 LED（ LED（Lighy Emitting Diode），又称发光二极管，它 Diode），又称发光二极管， ），又称发光二极管 们利用固体半导体芯片作为发光材料， 们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向 电压，半导体中的载流子发生复合， 电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而 引起光子发射产生可见光。 引起光子发射产生可见光。

2、 Led发光原理 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，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。电子和空穴之间的能量（带隙） 越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与

3、光的颜色 对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多， 桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带 隙，从而能够发出不同颜色的光。 LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已 LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前， 照明光源的主流将是高亮度的白光LED 商品化的白光LED多是二波长， LED多是二波长 商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG黄色荧光粉混合产生白光 黄色荧光粉混合产生白光。 YAG黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三 波长白光LED 即以无机紫外光晶片加红、 LED， 波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、

4、蓝、绿三 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型 节能荧光灯泡及LED背光源等市场。 LED背光源等市场 节能荧光灯泡及LED背光源等市场。 LED的电源电路 LED所须之电源为直流、低电压，故传统上用以推 动钨丝灯泡或日光灯之电源并不适合直接推动LED灯 具。 而传统的定电压转换器必须经过修改后，才能适用 于推动LED灯具；电路修改需考量定电流输出、能源 转换效率、功率因素(power factor)等，均将考验电子 电路的设计技术。 常见的两种解决方案( 常见的两种解决方案(一) 低频变压器及半波或全波整流电路 (一) 如图一所示，这种提供

5、LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 常见的两种解决方案( 常见的两种解决方案(二) 低频变压器及半波或全波整流电路 (一) 如图一所示，这种提供LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器

6、，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 最新技术:LED照明之电源 最新技术 切换式定电流供应器(图三) 如图三所示，属于定电流的电源供应器，输出电流可调整非常适合LED 照明的应用。因为没有额外的可变电阻VR，所以电源使用率比前两种方 案高些。在LE

7、D的串联使用上非常方便，因为流经LED的电流固定不受 LED数目的影响。对于LED的并联使用仍无法保证并联路径LED的均流 效果。 目前大电流的LED照明电源大都采用前两种解决方案，但相较之下，切 换式定电流供应器的定电流输出模式更为适合，因为无论是在串联或并 联应用上，均可轻易控制每路LED电流，进而达到亮度一致；另外关于 输入电流的谐波失真尽可能低，对于总电流谐波失真(THD)大小及功率 因子值会因采用不同国家标准而有所不同，商品化的产品只要在设计上 符合该申请国家的标准既可，无须做到功率因子近似1，或THD小于10%， 否则在成本上将会提高很多而失去产品竞争力，至于THD规范可参考 IE

8、C1000-3-2 class D，在设计时也要特别注意LED的开路与短路保护。 从过去使用上之不方便，发展出定电流模式之电源，当 作LED照明之电源。可允许LED串、并联之应用，较易 控制流经LED之电流、也就是较易控制LED亮度。 这种电源采用切换式技术所以体积远比前一种方案小很多。 其中的VR是可变电阻用来调整LED亮度。若采用输出电压可 调变的电源供应器，对于LED的串并联应用会方便很多，目 前可调输出电压的电源价格偏高或是体积会比固定电压模 式的大些。 优点：技术很成熟，易取得；目前大部份LED照明的电源方式，电压负 载，变化稳定性佳。 缺点：切换式电源供应器对于LED之串联或并联，

9、不容易提供固定电源 ，电流负载 (current load ) 变化大；所以无论是LED之串联或并联 应用，流经每一LED之电流不相同，反应到实际应用品上，即LED亮度 亦不易控制，因此解决方案较不利于LED照明电源。 （三）LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 、发光效率高 LED经过几十年的技术改良 经过几十年的技术改良， LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大 的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12 24流明 12- 流明 的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明瓦，荧 光灯5070流明瓦，钠灯90140流明瓦，大部 光灯5070流明

10、 钠灯90140流明 50 流明 90 流明 分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达 分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达 50200流明 流明 而且其光的单色性好、光谱窄， 50200流明瓦，而且其光的单色性好、光谱窄， 无需过滤可直接发出有色可见光。目前， 无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国均 加紧提高LED光效方面的研究， LED光效方面的研究 加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光 效率将有更大的提高。 效率将有更大的提高。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 、耗电量少 LED单管功率 单管功率0.030.06瓦，采用直流驱 单管功率

11、 瓦 单管驱动电压1.53.5伏，电流 18毫安， 毫安， 动，单管驱动电压 伏 电流15 毫安 反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下， 反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下， 耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、 耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、 运行成本大幅下降。 运行成本大幅下降。 日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的 日本估计， LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相 替代日本一半的白炽灯和荧光灯。 替代日本一半的白炽灯和荧光灯 当于60亿升原油 就桥梁护栏灯例， 亿升原油。 当于 亿升原油。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支

12、日光灯40多瓦 而采用LED每支的功率只有 瓦，而 多瓦， 每支的功率只有8瓦 日光灯 多瓦，而采用 每支的功率只有 且可以七彩变化。 且可以七彩变化。 与传统的荧光灯相比，LED照明以高达50,000小 时的使用寿命为特色，而荧光灯只有13,000-18,000 小时，并且具有3倍的灯光一致性，具有一般荧光灯 不能配备的调光及循环能力，更节能。当然，节能是 我们考虑使用LED光源的最主要原因，也许LED光源要 比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的 投资，从而获得49年中每年几倍的节能净收益期。 LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时， 可以有35年免维护的理论保障。 LED

13、光源的基本特征 LED光源的基本特征 、使用寿命长 LED光源有人称它为长寿灯 意为永不熄灭的灯。 光源有人称它为长寿灯， LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。 而对LED来说，发光效率能够达到白炽灯的 到10 来说， 而对 来说 发光效率能够达到白炽灯的5到 使用寿命可达到5万到 万小时，也就是5年到 万到10万小时 倍，使用寿命可达到 万到 万小时，也就是 年到 10年的时间，正常情况下正常使用 年无须维修。因 年的时间， 年无须维修。 年的时间 正常情况下正常使用5年无须维修 此免除频繁换灯之苦，其维护成本可大为降低。 此免除频繁换灯之苦，其维护成本可大为降低。 LED光源的基

14、本特征 LED光源的基本特征 、安全可靠性强 发热量低，没有紫外辐射,无热辐射 冷光源， 无热辐射， 发热量低，没有紫外辐射 无热辐射，冷光源，可 以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和， 以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和， 无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内 无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。 置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式， 置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实 现光与艺术结合。 现光与艺术结合。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 、有利于环保 LED为全固体发光体 耐震、耐冲击不易破碎， 为全固体发光体， LED

15、为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废 弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合， 弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合， 易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。 易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。 6 色彩变化 就是要求所用的光源，可以按照预定设想、在色彩、 就是要求所用的光源， 可以按照预定设想、 在色彩、 在亮度、配置等各方面加以变化， 光源可利用红、 在亮度 、配置等各方面加以变化， LED光源可利用红、 光源可利用红 蓝三基色原理， 绿、蓝三基色原理，在计算机控制下可以使三种颜色 同时具有256级灰度并任意混合，即可产生256 种颜色， 256 256=16777216种颜色， 形成例如水波纹 种颜色 式连续变色或定时色彩变化等，形成夜晚色彩绚丽的 式连续变色或定时色彩变化等， 灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案” 灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案”的 变化，正好显现了LED光源的特色。 变化，正好显现了 光源的特色。 光源的特色 7 图案变化 LED光源能已平滑缓慢的进行红、黄、蓝、绿、青、 橙、紫、白七种颜色的过度及变色。接通与切断LED 的时间以微妙计算，可以较方便地制成流水般跑动和 奔放跳动的动态变化。因此是传统光源无法比拟的， 并且变化方式由于