LED的基本特性及其工作条件.
发光二极管(LED)与LD
LED的应用 的应用
光源 LED除用做显示器件外，还可用做各种装置、 除用做显示器件外， 除用做显示器件外 还可用做各种装置、 系统的光源。如电视机、空调等的遥控器的光源。 系统的光源。如电视机、空调等的遥控器的光源。 在光电检测系统及光通信系统中， 在光电检测系统及光通信系统中，也可作为发射 光源来使用。 光源来使用。当然在这两个领域中的应用有一定 限制，如由于LED相干长度短，不适合做为大量 相干长度短， 限制，如由于 相干长度短 程干涉仪的光源；在目前的数字光纤通信系统中， 程干涉仪的光源；在目前的数字光纤通信系统中， 由于光纤存在色散特性， 由于光纤存在色散特性， LED的宽光谱将导致 的宽光谱将导致 脉冲的展宽，限制系统的通信容量， 脉冲的展宽，限制系统的通信容量， LED只适 只适 合于低速率、短距离光纤通信系统。 合于低速率、短距离光纤通信系统。
LED的特点及应用 的特点及应用
５、寿命长，基本上不需要维修。可作 寿命长，基本上不需要维修。 为地板、马路、广场地面的信号光源， 为地板、马路、广场地面的信号光源， 是一个新的应用领域。 是一个新的应用领域。
LED的应用 的应用
指示灯 的应用中， 在LED的应用中，首先应举出的是 的应用中 各种类型的指示灯、信号灯， 各种类型的指示灯、信号灯， LED正在 正在 成为指示灯的主要光源。 成为指示灯的主要光源。LED的寿命在 的寿命在 数十万小时以上，为普通白炽灯的100倍 数十万小时以上，为普通白炽灯的 倍 以上，而且具有功耗小、 以上，而且具有功耗小、发光响应速度 快、亮度高、小型、耐振动等特点，在 亮度高、小型、耐振动等特点， 各种应用中占有明显的优势. 各种应用中占有明显的优势
说明及解决措施
由于所用半导体材料的折射比空气的折射 率大得多，因此，出射角度不大时， 率大得多，因此，出射角度不大时，就已经形 成了全内反射， 成了全内反射，使得结平面产生的光透射不出 即使出射角度很小时， 来。即使出射角度很小时，也会有一大部分光 被反射回去。光线在空气界面折射时， 被反射回去。光线在空气界面折射时，按照菲 涅尔射定律，有部分能量反射回去。 涅尔射定律，有部分能量反射回去。 为了提高光的透射率，人们想了很多措施， 为了提高光的透射率，人们想了很多措施， 如用高折射率、 如用高折射率、低熔点的透明玻璃对管芯进行 拱形或半球形封装。光在封装材料内， 拱形或半球形封装。光在封装材料内，几乎是 垂直地入射到空气界面， 垂直地入射到空气界面，所以不会产生全内反 这样出光效率可以提高4~7倍。 射，这样出光效率可以提高 倍
LED照明基础知识介绍
基础知识介绍
盛朝阳 2012.06.21
1
LED
LED：即发光二极管，是一种能够将电能直接转化为可见光的固态
的半导体器件。
封装：简单的讲就是把LED芯片利用封装材料封装成LED灯珠的过程。
封装作用：①保证电气连接性 ②光学控制 封装流程：扩晶→固晶→短烤→焊线→点荧光粉→短烤→灌胶→长烤→ 切筋划片→分光分色
后面的数字表示灯管外径，此值*1/8英寸为灯管的具体尺寸（单位： mm）。 T5：是外径为5/8*25.4≈16mm的日光灯 T8：是外径为1/8*25.4≈26mm的日光灯
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名词解释
防护等级：
防护等级：即IP（INTERNATIONAL PROTECTION）防护等级系统是由
IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电
发光过程包括三个阶段： 正向电压下的载流子注入 复合辐射 光能传输
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LED
LED光源的特点：
• 寿命长：理论寿命10万小时，平均使用寿命5万小时 • 光效高：165lm/W
• 体积小：外形尺寸小，使用更加灵活
• 抗震动：无灯丝、无玻壳，为全固体光源，抗震动 • 响应快：白炽灯响应时间为毫秒级，LED响应时间为纳秒级
名词解释
发光角度：光源所发出的光形的角度
显色指数：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。
显色性越高，物体越真实、越接近自然色。显色性越低的光源对
颜色表现越差。
D50荧光灯：Ra=91 R9=77
LED灯：Ra=68 R9=-39
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名词解释
电参数：
LED的基本特性及其工作条件
LED的基本特性及其工作条件
LED 照明系统是上个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，
依次包括原始电源（动力源泉）、电源管理与变换、传感与控制、驱动器、热
管理、LED 及其混光、散射和光学提取等部分。
其中，由原始电源（如电池）和控制与驱动电路组成的LED 供电系统是LED 工作的必要条件。
LED 的供电系统从广义上讲就是LED 的电源。
1.LED 的基本特性
LED 是一种电光转换器件，它本身并不发光，只有在施加适当电压和通以适当电流时才能发光。
为使LED 正常工作，必须了解其基本特性。
LED 具有多方面的特性，
其中最主要的特性有以下几点：
①LED 像普通二极管一样，是一个含有PN 结的半导体器件，具有单向导电性。
②LED 有一个门限电压，只有加在LED 两端的电压高于这个门限电压时，LED 才会导通。
普通硅二极管的导通门限为0.5～0.7V，而LED 的门限电压通常为1.5～3.5V。
LED 的门限电压和正常工作时的正向电压降与LED 的光色有关，红光、绿光、黄光等LED 的正向电压降（VF）通常为.4～2.6V，而
白光LED 的正向电压降通常为3～4．2V。
③LED 具有非线性的伏一安特性曲线，通过LED 的电流与加在它两端
的电压不成正比关系。
④LED 的光通量输出随流过LED 电流的增大而增加，但不成正比。
当
光通量增加到一定程度后，其随电流增加而增加的量很少，呈明显变缓之趋势。
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。
发光二极管简介
发光二极管的基本结构
N型限制层 P层 有源层 P型限制层 微透镜
L
球透镜 环氧树脂 有源层 N层 发光区 (a)正面发光型
波导层
(b)侧面发光型
发光二极管的工作特性
光谱特性 光束空间分布 输出光功率特性 频率特性
LED的光谱特性
相 对 光 强
Δλ=70nm
1300
波长/nm
发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线 宽，短波长 LED 谱线宽度为 30 ～ 50nm。长波长 LED 的谱线宽度为 6 ～ 120nm。
L
2 2ne L
分布式反馈激光器的一般性能
工作波长λ/μm 谱线宽度Δλ/nm 阈值电流Ith/mA 连续波单纵模 输出功率P/mW 直接调制单纵模 边模抑制比/dB 频谱漂移/（nm/℃） 外量子效率ηd/% 工作温度 /℃ 20 20～40 1.3 1～2 20～30 10-4～10-3 20～40 15～30 1.55 1～3 30～60
发光二极管简介
内容
一、发光二极管的工作原理 二、发光二极管的基本结构 三、发光二极管的工作特性
发光二极管的工作原理
LED发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结 构，把有源层夹在P型和N型限制层间，但没有光学谐振腔，故 无阈值。LED分为正面发光型和侧面发光型，侧面发光型LED的 驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦 合效率高，故入纤光功率比正面发光型LED高。
光栅的周期Λ下式决定： mB ne 为材料有效折射率， 是布拉格波长，m为衍射系数。 B 在普通 ne DBF激光器中，有两个阈值最低、增益相同的纵摸，其波长为：
半导体发光二极管工作原理特性及应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用半导体发光器件包含半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有通常P-N结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间邻近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相关于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，因此光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论与实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）同意功耗Pm:同意加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：同意加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所同意加的最大反向电压。
大物实验-LED光谱特性的测量
一、实验设计方案
设计任务：测量LED光谱特性
设计要求：
1、了解LED的工作原理、基本特性、主要型号及参数
2、测量LED的光谱特性，测出峰值波长和半宽度
设计原理：
LED主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。
当在电极上加上正向偏置电压之后，电子和空穴分别注入P区和N区。
当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射的形式将多余的能量转化为光能。
LED的特点是：工作电压低（2~3.6V）、工作电流很小（0.02~0.03A）、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长（无故障工作时间大约在40000小时以上），通过调制工作的强弱可以方便地调制发光的强弱。
三、实验内容及具体步骤：
3.1测量绿光LED光谱图
3.1.1运行DataStudio软件，创建一个新实验。
设置光传感器及转动传感器采样率，均取2000.
3.1.2关灯，把转盘推至左端，鼠标点击工作栏上的“启动”
始位置对称的地方。
3.1.3点击“计算”项，新建y=x/60，定义
四、数据记录与处理绿光LED光谱图
红光LED光谱图
紫光LED光谱图
蓝光LED光谱图白光LED光谱图。
LED照明基础知识培训资料
LED照明基础知识培训资料目录一、LED照明概述 (2)1.1 LED的定义与特点 (2)1.2 LED照明的发展历程 (3)1.3 LED照明的应用领域 (4)二、LED照明原理 (6)2.1 LED的基本工作原理 (7)2.2 LED的光源结构 (8)2.3 LED的发光效率与性能参数 (9)三、LED照明器件 (10)3.1 LED灯珠的种类与规格 (11)3.2 LED驱动器的作用与选择 (13)3.3 LED照明的散热与防水设计 (15)四、LED照明系统 (16)4.1 LED照明系统的组成与功能 (17)4.2 LED照明系统的控制方式 (19)4.3 LED照明系统的调光与调色技术 (20)五、LED照明设计与案例分析 (21)5.1 LED照明设计的步骤与方法 (23)5.2 LED照明案例分析 (24)5.3 LED照明设计的实际应用案例 (25)六、LED照明标准与认证 (27)6.1 LED照明相关的国际标准与国内标准 (28)6.2 LED照明产品的认证体系 (29)6.3 LED照明行业的政策法规 (31)七、LED照明发展趋势与挑战 (32)7.1 LED照明的未来发展趋势 (33)7.2 LED照明面临的挑战与机遇 (34)7.3 LED照明产业的可持续发展路径 (35)一、LED照明概述随着科技的不断发展，人们对于照明设备的需求也在不断提高。
传统的照明设备如白炽灯、荧光灯等在节能、环保、寿命等方面存在诸多不足。
而LED(Light Emitting Diode)照明作为一种新型的照明技术，因其具有高效、长寿命、无污染等优点，逐渐成为照明市场的主流产品。
本培训资料将对LED照明基础知识进行详细介绍，帮助大家了解LED照明的基本原理、性能特点、应用领域以及市场前景等方面的内容。
1.1 LED的定义与特点LED（Light Emitting Diode），即发光二极管，是一种能将电能转化为光能的半导体器件。
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摘要：LED照明系统是上个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，依次包括原始电源（“动力源泉”）、电源管理与变换、传感与控制、驱动器、热管理、LED及其混光、散射和光学提取等部分。
LED照明系统是上个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，依次包括原始电源（“动力源泉”）、电源管理与变换、传感与控制、驱动器、热管理、LED及其混光、散射和光学提取等部分。
其中，由原始电源（如电池）和控制与驱动电路组成的LED供电系统是LED工作的必要条件。
LED的供电系统从广义上讲就是LED的“电源”。
1.LED的基本特性
LED是一种电光转换器件，它本身并不发光，只有在施加适当电压和通以适当电流时才能发光。
为使LED正常工作，必须了解其基本特性。
LED具有多方面的特性，其中最主要的特性有以下几点：
①LED像普通二极管一样，是一个含有PN结的半导体器件，具有单向导电性。
②LED有一个门限电压，只有加在LED两端的电压高于这个门限电压时，LED才会导通。
普通硅二极管的导通门限为0.5～0.7V，而LED的门限电压通常为1.5～3.5V。
LED的门限电压和正常工作时的正向电压降与LED的光色有关，红光、绿光、黄光等LED的正向电压降（VF）通常为.4～2.6V，而白光LED的正向电压降通常为3～4．2V。
③LED具有非线性的伏一安特性曲线，通过LED的电流与加在它两端的电压不成正比关系。
④LED的光通量输出随流过LED电流的增大而增加，但不成正比。
当光通量增加到一定程度后，其随电流增加而增加的量很少，呈明显变缓之趋势。
⑤LED是一种对温度比较敏感的器件，当其结温升高时，光输出将减少，正向电压也会降低。
⑥即使是同一型号甚至是同一批次生产的LED器件，其参数的离散性也较大。
2. LED的基本工作条件
LED是一种电流驱动的低电压单向导电器件，为保证LED正常工作，必须满足以下几个方面的基本要求。
（1）输入直流电压必须不低于LED的正向电压降，否则，LED不会导通而发光。
（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动，当驱动并联的LED或LED串时，要求恒流而不是恒压供电。
图1给出了随机抽取的6只白光LED（其中A商标和B商标各3只）的正向电流IF随正向电压TIE变化的关系曲线。
如果用恒定电压驱动这6只（相并联）LED，它们之间的正向电流相差较大，例如用3．4V驱动，正向电流范围为l 0～44mA，这就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在较大的差异。
LED所允许的额定电流（30mA）随温度的升高而减小，如图2所示。
由该图可知，当环境温度升至50C时，额定电流降至20mA，在此情况下，为防止LED烧毁，驱动电流必须限制在20mA之内。
因此，为避免LED的驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性，同时为获得预期的亮度要求，保证各个LED亮度和色度的一致性，应采用恒定电流驱动方式，而不是恒压方式。
图2 自光LED额定电流随温度变化的特性曲线
当LED被用作闪光灯时，也可以采用正向脉冲来驱动 LED。
（3）为防止LED损坏，应对流过LED 的电流加以限制。
目前实现LED电流限制的方法主要有3种，每种方法都有优点和缺点，见表1。
表1 3种LED 电流限制方法比较（白光LED：VF=4V， IF=350mA，ViN=12V ）。