LED发光原理、光源特点及应用
LED原理
®
Group
2.3.1 LED有多“亮”
LED的亮度,具有三种单位。 辐射通量:发光二极管在单位时间内发射的总的电磁功率,单位是W。 光通量:LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，单位 是lm。 光强：点光源在指定方向上的立体角元内所发出的光通量，单位cd. cd. 可以看出,辐射通量 和光通量的区别在于V(λ) ,光通量和光强是总量与 分量的区别.
®
Group
2.4.1 光谱
在电磁辐射范围内，只有波长为380nm到780nm的电磁辐射能够引起 人的视觉，这段波长叫做可见光谱。 CIE1931色度坐标图： 表示颜色混合和分解的规律
®
Group
2.4.2 光学参数
WLP：峰值波长，光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。 HW： 半波宽，光谱发光强度或辐射功率最大处的一半的宽度。 WLC：中心波长,光谱发光强度或辐射功率出现主峰和次峰时，主峰半 宽度的中心点所对应的波长。 CCT： 色温,光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜 色相同时，称黑体的温度为光源的色温度。
®
Group
2.3.3 光强度的测量
发光强度的概念要求光源是一个点光源 ,然而LED并非点光源，其光 强度会随测试距离而变化。CIE推荐使用“平均发光强度”概念：照 射在离LED一定距离处的光探测器上的光通量与由探测器构成的立体 角的比值。这样，原本不涉及到测量距离的发光强度就与距离发生了 联系。CIE标准规定这个距离为316mm时为远场，或称A条件，规定 这个距离为100mm时为近场，或称B条件。
®
Group
2.3.2 为什么会有三个单位
V(λ) ：不同波长的光对于人眼的敏感度是不一样的,国际照明协会 (CIE)通过大量抽样试验得出的不同波长光相对于人眼最敏感波段敏 感程度的曲线称作视敏函数曲线。 可以看出，相同辐射通量功率 下，人对绿光最敏感。
LED工作原理
LED工作原理LED（Light-Emitting Diode）是一种半导体光源，其工作原理是利用半导体材料的特性，在电流的作用下产生光。
LED具有高效能、长寿命、低功耗、快速响应等优点，被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
LED的工作原理可以分为PN结发光原理和电致发光原理两种。
1. PN结发光原理：LED的核心是一个PN结，由P型半导体和N型半导体组成。
当正向电压施加在PN结上时，P区的空穴和N区的电子会发生复合，释放出能量。
这些能量以光的形式发射出来，产生发光效果。
发光的颜色取决于半导体材料的种类和结构。
2. 电致发光原理：电致发光是通过外部电场的作用下，激发材料内部的电子，使其跃迁到较低的能级，释放出能量并产生光。
这种原理适用于有机发光二极管（OLED）和量子点发光二极管（QLED）等。
LED的发光效率高主要有以下几个原因：1. 半导体材料的选择：LED使用的半导体材料具有较窄的能带宽度，能够更高效地转换电能为光能。
2. 发光材料的优化：LED的发光层通过掺杂不同的杂质，可以改变发光的颜色和亮度，进一步提高发光效率。
3. 反射层的设计：LED内部的反射层可以提高光的利用率，使更多的光从LED表面发射出来。
4. 光学封装的优化：LED的光学封装设计可以控制光的方向性和分布，提高光的利用率。
LED的工作电压和电流与其结构和材料有关。
一般来说，LED的工作电压在2V到4V之间，工作电流在几毫安到几十毫安之间。
为了保证LED的正常工作，需要使用适当的电流限制电路来控制电流。
LED的寿命主要受到以下几个因素的影响：1. 发光材料的稳定性：LED使用的发光材料在长时间工作时，可能会受到热、湿度、氧化等因素的影响，导致发光效果下降。
2. 结构设计的合理性：LED的结构设计应考虑散热、电流均衡等因素，以提高LED的寿命。
3. 工作环境的温度：高温环境下LED的寿命会缩短，因此需要进行散热设计，保持LED在适宜的温度范围内工作。
LED资料(完整版)
0.307553 0.310778
0.311163 0.293192 0.289922 0.270316 VM 5300 0.328636 0.368952 0.348147 0.385629 0.346904 0.371742
LED应用历
推动LED产业的国家政策
刺激LED产业发展国家政策 1、2008年，财政部、国家发改委联合发布《高效照明产品推广财政补贴 资金管理暂行办法》，将重点支持高效照明产品替代在用的白炽灯和其他低 效照明产品，主要包括普通照明用自镇流荧光灯、三基色双端直管荧光灯(T8、 T5型)和金属卤化物灯、高压钠灯等电光源产品，半导体(LED)照明产品，以 及必要的配套镇流器。国家采取间接补贴方式进行推广，即统一招标确定高 效照明产品推广企业及协议供货价格，财政补贴资金补给中标企业，再由中 标企业按中标协议供货价格减去财政补贴资金后的价格销售给终端用户。 《暂行办法》规定，大宗用户中央财政按中标协议供货价格的30%给予补贴； 城乡居民用户中央财政按中标协议供货价格的50%给予补贴。 2、国务院出台4万亿元规模的经济刺激计划将惠及诸多行业领域。4万亿 投资的具体构成主要包括，近一半投资将用于铁路、公路、机场和城乡电网 建设，总额1.8万亿元；用于地震重灾区的恢复重建投资1万亿元；用于农村 民生工程和农村基础设施3700亿元；生态环境3500亿元，保障性安居工程 2800亿元，自主创新结构调整1600亿元，医疗卫生和文化教育事业400亿元。 预计4万亿经济刺激每年将拉动经济增长约1个百分点。
白光LED色区的划分
蓝色芯片加黄色荧光粉所制成白光LED，是目前白光LED制 造的主流，由于制程的缺陷，白光LED存在色差在所难免。如 何划分LED的颜色才是最佳的呢，下面我来简单的介绍一下。 市场上通常所说的3500K、4000K、6500k等等多少色温的 说法其实不是很科学的，因为从CIE图中我们可以看出，同一 色温在图中不是对应唯一的点，它跟色坐标是一对多的关系。 为了解决这一问题，行业中通常将自己生产的LED对其色坐标 进行归纳总结，最终将其肉眼看起来差别不明显的LED归到一 起，这样分选出来的LED在CIE中就对应了一个小小区域，这就 是色区。 用色区来划分LED产品，是整过行业通用的方法，请看下 图：
LED工作原理
LED工作原理LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有电流通过时发光的特性。
LED广泛应用于照明、显示、通信等领域，具有高效、长寿命、低功耗等优点。
本文将详细介绍LED的工作原理及其相关知识。
一、LED的结构LED的基本结构由P型半导体、N型半导体和PN结构组成。
P型半导体中掺入了杂质，使其富余正电荷，称为“空穴”；N型半导体中掺入了杂质，使其富余负电荷，称为“电子”。
当P型和N型半导体通过PN结构连接时，形成为了一个电子从N型半导体流向P型半导体的通道。
二、LED的发光原理当外加正向电压时，P型半导体的空穴和N型半导体的电子会在PN结附近的耗尽层相遇，发生复合。
在这个过程中，能量会以光的形式释放出来，产生发光现象。
发光的颜色与LED所使用的半导体材料的能带结构有关。
三、LED的发光颜色LED的发光颜色由半导体材料的能带结构决定。
常见的LED发光颜色包括红色、绿色、蓝色和白色等。
不同的半导体材料具有不同的能带结构，因此可以发射不同颜色的光。
四、LED的工作电压和电流LED的工作电压和电流是其正常工作的重要参数。
通常情况下，LED的工作电压在2V至4V之间，工作电流在5mA至20mA之间。
超过这些电压和电流范围，LED可能会受到损坏。
五、LED的亮度和发光效率LED的亮度和发光效率是其性能的重要指标。
亮度指LED单位面积上的光通量，通常以流明（lm）为单位。
发光效率指LED单位电能转化为光能的效率，通常以流明/瓦（lm/W）为单位。
LED的亮度和发光效率与其材料、结构和工艺等因素有关。
六、LED的寿命LED的寿命是指其在正常工作条件下能够保持一定亮度的时间。
LED的寿命受到多种因素的影响，包括电流、温度、湿度等。
通常情况下，LED的寿命可以达到几万小时以上。
七、LED的驱动电路LED的驱动电路主要包括电流驱动和电压驱动两种方式。
电流驱动是通过控制电流大小来控制LED的亮度；电压驱动是通过控制电压大小来控制LED的亮度。
介绍几种光源及特征
介绍几种光源及特征不同的光源在发光原理、光谱特性、亮度和应用方面都有所不同。
以下是几种常见的光源及其特征：1. 白炽灯：-发光原理：通过通电加热灯丝使其发热，产生可见光。
-光谱特性：近似连续谱，含有所有可见光波长。
-亮度：亮度较高，但效率相对较低。
-应用：家庭照明、装饰照明。
2. 荧光灯：-发光原理：通过电流激发荧光粉产生可见光。
-光谱特性：有明显的线谱，某些类型的荧光灯可以调整发光颜色。
-亮度：高亮度，比白炽灯更节能。
-应用：商业和家庭照明、办公场所。
3. LED灯：-发光原理：通过半导体材料发生电致发光。
-光谱特性：可以调整发光颜色，可实现多彩光。
-亮度：高亮度，能效高，寿命长。
-应用：照明、显示屏、指示灯、汽车灯等。
4. 激光：-发光原理：通过受激发射产生的高强度相干光。
-光谱特性：单色，波长狭窄，有明显的方向性。
-亮度：极高亮度，集中能量。
-应用：激光打印、医学治疗、通信、测距等。
5. 氙气灯：-发光原理：通过氙气的电离和电子复合产生可见光。
-光谱特性：近似线谱，富有彩色。
-亮度：高亮度，广泛用于汽车前照灯、投影仪等。
6. 钠蒸汽灯：-发光原理：通过钠蒸汽的激发产生黄色光。
-光谱特性：主要为黄光，单一波长。
-亮度：高亮度，常用于路灯和室外照明。
7. 紫外线灯：-发光原理：通过激发紫外线光源，使其产生紫外线。
-光谱特性：主要为紫外线，不可见光。
-应用：化学实验、紫外线杀菌、荧光检测等。
led的发光原理和应用
LED的发光原理和应用1. LED的发光原理LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）是一种将电能转化为可见光的固态半导体器件。
LED的发光原理主要基于半导体材料的特性，当LED中的电流通过半导体材料时，电子和空穴再结合发生能量释放，从而产生光。
LED的发光原理主要包括以下几个关键步骤： 1. 电子注入和复合：当正向电压施加在LED的两个端口之间时，电流开始流经LED芯片。
正向电压使电子从N型半导体迁移到P型半导体，同时空穴从P型半导体迁移到N型半导体。
这样，电子和空穴在P-N结附近相互碰撞和复合，释放出能量。
2. 能带结构：LED芯片中的材料具有特殊的能带结构，包括导带和价带。
电子在导带中，空穴在价带中。
当电子和空穴再结合时，能量被释放为光子。
3. 光子发射：能量释放时，电子和空穴再结合的能量转化为光子，光子从LED芯片中逸出，形成可见光。
2. LED的应用由于LED具有节能、长寿命、高亮度等特点，因此在如下领域得到了广泛的应用：2.1 照明•家庭照明：LED灯泡可以替代传统的白炽灯和荧光灯，具有更高的效率和更长的寿命。
LED照明产品还提供了更多的调光选项和颜色选择。
•商业照明：LED被广泛应用于商业建筑、办公室、商场等场所的照明，以提供节能和环保的解决方案。
•街道照明：LED街灯具有更长的使用寿命和更好的能效，能够降低能源消耗和维护成本，并提供更好的照明效果。
2.2 电子显示屏•室内显示屏：LED被广泛应用于室内大屏幕显示，如会议厅、演播厅等。
LED显示屏具有高亮度、高清晰度和较大的可视角度。
•室外显示屏：LED显示屏可用于户外广告牌、体育场馆等场所，具有耐用性、防水性和抗光能力。
2.3 汽车照明•车辆前照灯：LED被用作汽车前照灯的替代品，具有节能、亮度高和寿命长的特点。
LED前照灯还可以提供更好的照明效果和可视范围。
•车辆后尾灯：LED后尾灯具有快速响应和高亮度，提高了车辆的可见性和安全性。
LED发光原理及特点
LED发光原理及特点LED（Light Emitting Diode），即发光二极管。
是一种半导体固体发光器件。
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，半导体中的少数截流子和多数截流子发生复合，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。
多变幻：LED光源可利用LED在电流瞬间通断发光无余辉和红、绿、蓝三基色原理，并发挥我们多年对LED显示屏控制技术的研究，采用LED显示屏控制技术实现色彩和图案的多变化，是一种可随意控制的"动态光源"。
高节能：直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率达90%以上，同样照明效果比传统光源节能80%以上。
寿命长：LED为固体冷光源，环氧树脂封装，因此无灯丝发光易烧、热沉积等缺点。
工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长5倍以上。
利环保：冷光源、眩光小，无辐射，不含汞元素，使用中不发出有害物质。
高新尖：与传统光源比，LED 光源融合了计算机、网络、嵌入式控制等高新技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。
光源术语光通量（lm）：光源每秒钟发出可见光量之总和。
例如一个100瓦（w）的灯泡可产生1500流明（lm），一支40瓦（w）的日光灯可产生3500lm的光通量。
发光强度（cd）：光源在单位立体角度内发出的光通量，也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度。
光强的单位是坎特拉（cd），也称烛光。
如：一单位立体角度内发出1流明（lm）的光称为1坎特拉（cd）。
色温（k）：以绝对温度（k=℃+273.15）K来表示，即将一黑体加热，温度升到一定程度时，颜色逐渐由深红-浅红-橙红-黄-黄白-白-蓝白-蓝变化。
当某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。
如：当黑体加热呈现深红时温度约为550℃，即色温为550℃+ 273 = 823K。
光效（lm/w）：光源发出的光通量除以所消耗的功率。
LED及其灯管重要基础知识点
LED及其灯管重要基础知识点一、LED的定义与原理LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体器件。
其原理是基于发光材料在电流作用下发生光致发光的现象。
在正向电压作用下，电子从n区向p区注入，与空穴复合时释放出能量，产生可见光。
LED能够转换电能为光能，具有高效、长寿命、低功耗等特点。
二、LED的主要特点与优势1. 高效节能：LED具有较高的光电转化效率，能够将电能转化为可见光，相较传统灯泡，能够实现更低的能耗；2. 长寿命：LED的寿命一般可达数万到数十万小时，远远超过传统光源，减少了更换灯泡的频率；3. 色彩丰富：通过控制不同发光材料的配比和电流，LED能够实现多种颜色的发光，满足不同场景的需求；4. 快速开启与调光：相较于传统光源，LED能够瞬间点亮，不需要预热时间，并且可以通过调节电流实现亮度的调节；5. 环保无污染：LED不含有汞、铅等有害物质，在使用过程中无紫外线和红外线辐射，对环境和人体健康无害。
三、LED灯管的种类与应用1. 直插式LED灯管：通常用于取代传统荧光灯管，可直接替换传统的T5、T8荧光灯管，广泛应用于室内照明，如办公场所、商业建筑等；2. 灯头式LED灯管：其灯体形状与传统灯泡相似，可直接插入灯座使用，适用于家庭照明，如客厅、卧室等；3. 射灯式LED灯管：主要用于照明装饰，可安装在天花板、墙壁等位置，用于商场、酒店、展厅等场所；4. 路灯式LED灯管：用于城市路灯照明，具有高亮度和远距离照明的特点，可提高道路亮度，提供更好的交通安全。
四、选购LED灯管的要点1. 色彩指数（CRI）：高色彩指数表示LED能够还原物体的真实色彩，一般需选择CRI大于80的产品；2. 功率与亮度：根据实际需求选择合适的功率和亮度，注意与传统光源的对比；3. 发光角度：发光角度决定了LED照明范围，根据照明场景选择合适的发光角度；4. 品牌与质量：选购时注意选择品牌知名度高、质量有保证的LED灯管，以确保其性能与使用寿命。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LED发光原理、光源特点及应用
一、LED的结构及发光
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300～500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（λp=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（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。
到了80年代初，出现了GaAlAs的LED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（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。
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。
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（YAG）封装在一起做成。
GaN芯片发蓝光（λp=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。