光源发光原理
led发光工作原理
led发光工作原理
LED（Light Emitting Diode），即发光二极管，是一种能够将
电能转化为光能的电子器件。
LED的发光工作原理主要包括
晶体管效应和发射辐射效应。
1. 晶体管效应：LED是由半导体材料构成的，最常用的是砷
化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等。
在材料中，掺杂有少量
的杂质，形成了N型和P型区域。
当施加电压使两个区域连
接时，会形成一个PN结。
在正向偏置时，电子从N型区域向
P型区域迁移，空穴从P型区域向N型区域迁移。
当电子与空穴在PN结相遇时，会发生复合作用，电子的能量以光子的形
式释放出来，产生光。
2. 发射辐射效应：在发光的过程中，与材料内部不受控制的复合作用相对应，还有受控制的辐射作用。
当电子从N型区域
向P型区域迁移时，由于PN结的特殊结构和材料的能带结构，使得电子的能级会降低，形成能带差。
当电子与空穴结合时，电子的能级下降，动能减小，能级差会以光子的形式释放出来，产生发光。
总结来说，LED的发光工作原理基于半导体材料的PN结特性，在正向电压下，电子和空穴在PN结相遇并复合时会释放能量，产生光。
同时，由于材料的能带结构，电子在向P型区域迁
移的过程中会产生受控制的辐射作用，形成发射辐射效应。
这两个效应共同作用，使LED能够实现高效的发光，成为一种
常见的光源。
光源的原理
光源的原理光源是指能够产生光的物体或设备，它是光学器件中的重要组成部分，广泛应用于照明、显示、通信、医疗等领域。
光源的原理是指光的产生机制和特性，下面将从几种常见的光源原理进行介绍。
首先，我们来谈谈白炽灯的原理。
白炽灯是一种利用金属丝加热发光的光源。
当电流通过灯丝时，灯丝受热发光，产生可见光。
白炽灯的原理是利用电阻发热的效应，使灯丝升温到足够高的温度，从而发出可见光。
然而，白炽灯的效率较低，发光时间短，逐渐被LED等新型光源所替代。
其次，LED的原理是固体发光二极管，其工作原理是电子与空穴复合发光。
LED是一种半导体器件，当电流通过LED时，正负载流子在PN结区域复合，释放出能量，产生光子，从而发出光。
LED具有高效率、长寿命、快速响应等优点，因此被广泛应用于照明、显示等领域。
另外，荧光灯的原理是利用荧光粉发光。
荧光灯内部充满稀薄的气体，当电流通过荧光灯时，激发气体中的汞蒸汽发出紫外线，紫外线照射到荧光粉上，使荧光粉发出可见光。
荧光灯具有高效、节能、寿命长等优点，是传统照明的重要替代品。
最后，激光的原理是利用受激辐射发光。
激光是一种特殊的光源，它具有单色性、方向性、相干性等特点。
激光的产生是通过受激辐射的过程，当光子与原子碰撞时，使原子从低能级跃迁到高能级，然后再自发辐射出更多的光子，从而形成激光。
激光具有广泛的应用领域，如激光加工、激光医疗、激光通信等。
综上所述，不同类型的光源具有不同的发光原理，它们在照明、显示、通信等领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，新型光源的研究和应用将会更加广泛，为人类生活带来更多的便利和美好。
各种光源的发光原理和特性
各种光源的发光原理和特性
各种光源的发光原理和特性如下：
1. 白炽灯：白炽灯是一种常见的传统光源，其原理是通过将电流通入灯丝，使灯丝加热到非常高的温度，从而使灯丝发出可见光。
白炽灯的特点是光线温暖柔和，但效率较低，寿命相对较短。
2. 荧光灯：荧光灯是通过电流通入荧光灯管中的气体，使气体中的原子或分子激发，产生紫外线。
紫外线再照射到荧光粉上，激发荧光粉发出可见光。
荧光灯的特点是效率较高，寿命较长，但启动时需要一定的时间，且光线有些冷暗。
3. LED灯：LED灯是一种采用LED（发光二极管）作为光源的照明设备。
LED 通过电流与PN结的结合，产生光线。
LED灯的特点是效率极高，寿命非常长，而且可以发出不同颜色的光线。
此外，LED灯具备快速启动、调光控制和低能耗的优点。
4. 激光：激光是一种具有高能量、高亮度和一定的定向性的光线。
其发光原理是通过过程中的受激辐射，使原子或分子处于受激发射的态，从而发出与受激辐射具有相同频率的激光。
激光的特点是单色性好、光束聚焦能力强，并且可以用于很多应用领域，如医疗、通信和制造等。
以上只是一些常见的光源的发光原理和特性，还有其他一些特殊的光源如气体放
电灯、卤素灯、红外线灯等也有不同的发光原理和特性。
几种常见光源的发光机制
几种常见光源的发光机制
答：常见光源的发光机制有：白炽灯、卤素灯、荧光灯。
白炽灯
白炽灯通过钨丝加热，利用热辐射发光的光源。
从白炽灯的光谱上可以看出，从780nm的近红外开始慢慢递减直到紫色波长
380nm左右。
卤素灯
卤素灯的发光原理和白炽灯一样，只是在填充气体内添加微量卤素元素，是小型高效率的光源。
为了克服高温，玻璃材料也改成了石英玻璃或硬质的高硅氧玻璃...
荧光灯
荧光灯是一种阴级低压汞蒸气放电灯。
利用放电产生的紫外线，通过荧光粉转换成可见光的光源。
于1938年被美国GE公司的Inman等人实用化。
光源发光原理ppt课件
• 其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
• 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中；
• 当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。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
+
p n
基层 (吸收或透明)
芯片设计
无偏置电压 N结 P结
导带 能隙
价带
光
有偏置电压
5
无极灯
1、无极灯由高频发生器、 耦合器、灯泡三部分组成。 它是由高频发生器的电磁 场以感应的方式耦合到灯 内，是灯泡内的气体雪崩 电离，形成等离子体。等 离子受激原子返回基态时 辐射出紫外线。灯泡内的 银光粉受紫外线的激发产 生可见光。
光源发光原理
目录
1
基础知识
2
发光原理分类
3
热致发光光源
4
气体放电光源
5
固体照明光源
基础知识
1
基础知识
可见光和辐射:
光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼 看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到780nm之间，仅仅 是电磁辐射光谱非常小的一部份。
1
基础知识
1,0
人眼在日光下对可见 光的感知
荧光材料
光源 电磁感应灯
高压汞灯 高压钠灯 低压钠灯
金卤灯 荧光灯 节能灯 卤钨灯
白炽灯
寿命(小时) 80000 25000 20000 18000 12000 10000 8000 2000 1000
光源的原理
光源的原理一、引言光源是指能够发出光辐射的物体或装置。
在现代社会中，光源被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
了解光源的原理对于我们理解和使用现代科技设备具有重要意义。
二、光的本质在了解光源的原理之前，我们需要先了解一下光的本质。
光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在波动性方面，光具有干涉、衍射等特性；在粒子性方面，光具有能量量子化和动量量子化等特性。
三、发光原理1. 热辐射热辐射是指物体因温度而发出的电磁波辐射。
根据普朗克定律和斯特藩-玻尔兹曼定律，物体温度越高，其辐射强度越大，并且辐射频率也会向高频偏移。
这就是为什么火焰、灯丝等高温物体会发出可见光。
2. 发射激活发射激活是指通过外部能量激活物质内部电子跃迁而产生的发光现象。
常见的发射激活方式包括电子束激发、放电激发、化学反应激发等。
例如，荧光灯就是通过放电激发荧光粉而产生可见光。
3. 半导体材料半导体材料是指具有介于导体和绝缘体之间电导率的材料。
在半导体中，存在着空穴和电子，当它们相遇时会形成复合态，释放出能量并产生光子。
这就是为什么LED（Light-Emitting Diode）灯具有高效率、长寿命和低功耗的原因。
四、常见光源1. 白炽灯白炽灯是一种利用金属丝加热并产生热辐射的光源。
其优点是色温较高，色彩还原性好，但缺点是效率低下、寿命短、易受震动影响。
2. 荧光灯荧光灯是一种利用荧光粉吸收紫外线并转换成可见光的光源。
其优点是效率高、寿命长、色彩还原性好，但缺点是启动时间长、存在紫外线辐射。
3. LED灯LED灯是一种利用半导体材料电子跃迁产生光子的光源。
其优点是效率高、寿命长、色彩还原性好，但缺点是价格较高、存在色温漂移问题。
五、结论通过对光源的原理和常见光源的介绍，我们可以了解到不同种类的光源产生光的机制和特性。
在实际应用中，我们可以根据需要选择适合的光源，以达到最佳效果。
光源发光原理
3
气体放电光源（低气压）
低压钠灯
低压钠灯原理：是基于低压钠－——稀有气体放电原理而发光的电光源。因室温时钠 是固体，单纯使用钠的气体放电灯不易启动。在灯的玻管内充入氩氖混合气即潘宁气 体后，灯放电时首先呈现氖的特征红光，并产生热量使放电管温度提高，导致钠开始 蒸发；因钠的电离电位和激发电位比氖和氩低，放电很快转入钠蒸气中，辐射出可见 光。
明
卤素灯 HALOGEN LAMPS
12--24
2000--3000
体积小，亮度高，光色 较白，安装易，寿命较 商业空间之重点照明 普通灯光长
气体放电光源
3
气体放电光源（低气压）
荧光灯
工作原理:荧光灯是一种低气压汞蒸气气体放电灯,管内的汞蒸气在电离作 用下发射出紫外线，涂在灯管内表面的荧光粉将紫外线转换成可见光输出。 不同荧光粉决定了不同的色温和显色性。镇流器为灯提供合适的工作电流。
3
气体放电光源（低气压）
高频无极灯
其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给 功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大气 进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在电 源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高达 0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压在 一定范围内波动时，其发光亮度均不变。
白炽灯的发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料的特点是其熔点很高，在高温下仍 保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。炽热的灯丝产生了光辐射，使 电灯发出了明亮的光芒。
因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑， 所以白炽灯都被造成较大的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表 面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。
灯管发光原理及工艺基础
灯管发光原理及工艺基础灯管是一种光源装置，利用电流通过气体或荧光粉产生电离激发状态，从而发出可见光。
灯管发光原理涉及到气体放电和荧光发光两个方面。
一、气体放电灯管中的气体是发光的关键，目前常用的气体有氖气、氩气、氙气等。
在灯管内部，两端加上电压，产生电场，电场会使气体中的电子受到加速，当电子具有足够的能量时，可以与气体原子或分子碰撞，使其电离。
电离后的电子再次经过碰撞，会产生新的电子和离子，形成电子和离子的电流。
在电流通过的过程中，电子和离子在碰撞中会释放出能量，有一部分能量被气体原子或分子吸收，使其电子激发到高能级，而当激发态的电子返回低能级时，会释放出能量，这时就发生了气体的辐射。
二、荧光发光当气体辐射产生的光波长不在可见光范围内时，需要将其转化为可见光。
这时就需要荧光粉，它是一种能够吸收非可见光能量并将其转化为可见光的材料。
在灯管内，荧光粉会受到电流加热并被激发，从而发出可见光。
具体过程是：荧光粉吸收电子碰撞释放的能量，激发到激发能级，电子在激发能级停留的时间很短，会很快返回基态，返回基态时会释放出一部分能量，这部分能量就是可见光。
不同种类或混合的荧光粉可以发出不同颜色的光，这也就实现了不同颜色的灯管。
在灯管的制造过程中，需要经过以下工艺基础：1.灯管形状设计：灯管有圆形、直线形和U形等形状，不同形状可满足不同应用的需求。
设计师需要根据实际应用场景和美学要求，确定灯管的形状。
2.玻璃材料选择：灯管常用的材料是玻璃，选用透明、耐高温和耐化学腐蚀的特性，以确保灯管的性能稳定和使用寿命长。
3.真空腔体制备：在玻璃管内制造真空环境，通过抽气手段将气体抽尽，以避免气体导致的光的损失。
4.寄生元器件安装：将灯管的电极安装在玻璃管两端，通常使用钨电极，通过与玻璃管封接，确保电流正常通行。
5.真空封接和抽气：将酮体与灯管口相对位置封接，并通过真空泵将进气管道中的气体抽尽，形成高真空环境。
6.气体灌充和施加高压：在灯管中注入气体，并施加高压，形成气体放电的条件。
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如40瓦白炽灯光通量400流明
照度
光源照射在被照物体单位 面积上的光通量大小。
单位: 勒克斯 lx 1勒克斯=1流明/1平米
Lumen m2
光强 光源在某一给定方向的立 体角内发射的光通量称为 该方向上的发光强度 光强是指在特定方向上的 光输出大小。
单位:坎德拉 candela (cd) 1cd=1 lm/sr sr-球面度
由于灯丝在不断地被气化，所以会逐渐变细，直至最后断开，这时一只灯泡的寿命也 就结束了，其寿命一般为1000小时。
在所有用电的照明光源中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分， 即12％－18％可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。
2 卤素灯 1
钨 (W) 卤素原子 (X)
性照明
反射灯泡可以做聚光投 反射灯泡可用于重点照
射
明
体积小，亮度高，光色 较白，安装易，寿命较 商业空间之重点照明 普通灯光长
气体放电光源
3
气体放电光源（低气压）
荧光灯
工作原理:荧光灯是一种低气压汞蒸气气体放电灯,管内的汞蒸气在电离作 用下发射出紫外线，涂在灯管内表面的荧光粉将紫外线转换成可见光输出。 不同荧光粉决定了不同的色温和显色性。镇流器为灯提供合适的工作电流。
热致发光光源
x w
2
W + nX
WXn
3
4
WXn
W + nX
卤素灯和白炽灯相比，其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。卤素灯灯丝和玻璃外壳中充有一 些卤族元素如碘和溴。当灯丝发热时，钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动，在它们接近玻璃管时， 钨蒸气被“冷却”到大约800℃并和卤素原子结合在一起形成卤化钨（碘化钨、溴化钨）。卤化钨 向玻璃管中央移动，落到灯丝上，因为卤化钨很不稳定，遇热后就会分解成卤素蒸气和钨，这样 钨又在灯丝上沉积下来，弥补了被蒸发的部分。如此循环，灯丝的使用寿命就会延长很多，卤素 灯的体积也可以做得相对小巧。
0,5
380
780
0
400
500
600
700
(nm)
1
基础知识
每种单原色光对应于一种波长
颜色
红 橙 黄 绿 蓝 紫
波长（纳米nm）
630～780 600～630 565～600 500～565 435～500 380～435
光通量 单位时间内发出的光亮的 总和。 光通量是衡量光源输出可 见光多少的一个指标。
3
气体放电光源（低气压）
高频无极灯
其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送 给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大 气进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在 电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高 达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压 在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。
窗口层 P结层 N结层
-
+
p n
基层 (吸收或透明)
芯片设计
无偏置电压 N结 P结
导带 能隙
价带
光
有偏置电压
5
无极灯
1、无极灯由高频 发生器、耦合器、 灯泡三部分组成。 它是由高频发生器 的电磁场以感应的 方式耦合到灯内， 是灯泡内的气体雪 崩电离，形成等离 子体。等离子受激 原子返回基态时辐 射出紫外线。灯泡 内的银光粉受紫外 线的激发产生可见
3
气体放电光源（高强度）
金属卤化物灯
电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。
汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；
卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。
当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。 这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。
visible surface light intensity
illiuminated surface
亮度 光源在某一方向上的亮度 是光源在同一方向上光强 与发光面在该方向上的投 影面积之比
单位: 坎德拉每平方米 candela/m2 (cd/m2 )
1
发光原理分类
热致发光光源
2
热致发光光源
白炽灯
电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为 1330～13300Pa。金属光谱的总辐 射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。充填不 同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为70～95）。
4
固体照明光源
LED
LED（Light Emitting Diode）， 即发光二极管。是一种P-N结结构的半导体 固体发光器件。主要由 PN 结芯片、电极和 光学系统组成。它是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 中的少数载流子和多数载流子发生复合，放 出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。
白炽灯的发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料的特点是其熔点很高，在高温下仍 保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。炽热的灯丝产生了光辐射，使 电灯发出了明亮的光芒。
因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑， 所以白炽灯都被造成较大的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表 面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。
单位：流明每瓦[lm/W] 光效是指电能转换成光能的效率。
光源类型 常用白炽灯（15~60W） 线电压卤钨灯 （HALOPAR, HALOPIN） 低压卤钨灯 （HALOSTAR, DECOSTAR） 管型荧光灯（T8） 高压钠灯（NAV） 金卤灯（HQI）
光效典型数值 6~12 12~15 14~19 60~100 100~150 60~105
• 其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
• 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中；
• 当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。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。
光源发光原理
目录
1
基础知识
2
发光原理分类
3
热致发光光源
4
气体放电光源
5
固体照明光源
基础知识
1
基础知识
可见光和辐射:
光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光 线，即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波 长范围在360到780nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非 常小的一部份。
1
基础知识
1,0
人眼在日光下对可见 光的感知
荧光材料
光源 电磁感应灯
高压汞灯 高压钠灯 低压钠灯
金卤灯 荧光灯 节能灯 卤钨灯
白炽灯
寿命(小时) 80000 25000 20000 18000 12000 10000 8000 2000 1000
感谢下 载
光源寿命的定义 ＊ 平均寿命－一组灯中50％灯失效的工作时间 ＊ 技术失效－灯不能工作（不亮、不起动） ＊ 经济失效－灯光通量下降到一定比例(室内80％,室外70％) ＊ 颜色失效－灯的颜色发生显著偏差达到一定比例
环境温度 工作电压 开关频率
振动冲击
燃点位置 镇流启动装置
灯丝 发射物质 充气及气压
3
气体放电光源（低气压）
低压钠灯
低压钠灯原理：是基于低压钠－——稀有气体放电原理而发光的电光源。因室温时钠
是固体，单纯使用钠的气体放电灯不易启动。在灯的玻管内充入氩氖混合气即潘宁气 体后，灯放电时首先呈现氖的特征红光，并产生热量使放电管温度提高，导致钠开始 蒸发；因钠的电离电位和激发电位比氖和氩低，放电很快转入钠蒸气中，辐射出可见 光。
型式
光源效率 （LM/W）
平均寿命 （小时）
普通灯泡 NORMAL
INCANDESCENT LAMPS
8--18
反射灯泡 REFLECTOR
LAMPS
8--18
1000 1000
卤素灯 HALOGEN
LAMPS
12--24
2000--3000
特性
使用范围
安装及使用容易，立即 住宅之基本照明及装饰
可以启动，成本低
气体放电光源（高强度）
3
气体放电光源（高强度）
荧光高压汞 灯 它由荧光泡壳和放电管两部分组成。放电管又
细又短、只有人的手指大小、内装高压水银蒸 气，放电管外面有一棉球形的荧光泡壳。
通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫 外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。
高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之 电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间 的碰撞而发光。
3
气体放电光源（高强度）
高压钠灯
灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生 电弧。
由于电弧的高温作用使管内的钠汞气受 热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射 的电子在向阳极运动过程中，撞击放电 物质的原子，使其获得能量产生电离或 激发。
然后由激发态恢复到基态；或由电离态 变为激发态，再回到基态无限循环，此 时，多余的