LED照明

LED照明

摘要

发光二极管作为新兴的发光体，具有发光效率高，体积小，寿命长，电压低，节能与环保等特点，是下一代照明的首选。由于LED的这些显著特性受到了国内外的高度关注，新兴产品，新的技术不断的涌现出来。近年来，LED产业的不断发展，技术不断的革新，发光效率的增加，光亮度的不断提高，LED应用领域不断扩大。尤其是白光LED技术的不断进步，LED的应用领域越来越普及。 关键词 LED LED技术参数 PN结 LED工作原理 LED应用领域 一．LED发展历史

? 1907 年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。 ? 二十年代晚期Bernhard Gudden 和Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物

与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。

? 二十世纪50 年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了

第一个具有现代意义的LED,并于60 年代面世。

? 第一个商用LED 仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领

域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。 ? 到70 年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。在70 年

代末，LED发出纯绿色的光。

? 80 年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED 的诞生，

先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20 世纪90 年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED 也出现在90 年代早期，再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED 一样光源暗淡。

? 90 年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿

光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED 的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。

二．LED的工作原理 1什么是二极管 ○

二极管是半导体设备中的一种最常见的器件,大多数半导体最是由搀杂半导体材料制成发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子都完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流。在搀杂物质中，额外的原子改变电平衡，不是增加自由电子就是创造电子可以通过的空穴。这两样额外的条件都使得材料更具传导性。带额外电子的半导体叫做N型半导体，由于它带有额外负电粒子，所以在N型半导体材料中，自由电子是从负电区域向正电区域流动。

带额外“电子空穴”的半导体叫做P型

半导体，由于带有正电粒子。电子可以从另一个电子空穴跳向另一个电子空穴，从负电区域向正电区域流动。因此，电子空穴本身就显示出是从正电区域流向负电区域。二极管是由N型半导体物质与P型半导体物质结合，每端都带电子。这样排列使电流只能从一个方向流动。当没有电压通过二极管时，电子就沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，从而形成一个损耗区。在损耗区中，半导体物质会回复到它原来的绝缘状态--所有的这些“电子空穴”都会被填满，所有就没有自由电子或电子真空区和电流不能流动。

为了除掉损耗区就必须使N型向P型移动和空穴应反向移动。为了达到目的，连接二极管N型一方到电流的负极和P型就连接到电流的正极。这时在N型物质的自由电子会被负极电子排斥和吸引到正极电子。在P型物质中的电子空穴就移向另一方向。当电压在电子之间足够高的时候，在损耗区的电子将会在它的电子空穴中和再次开始自由移动。损耗区消失，电流流通过二极管。

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如果尝试使电流向其它方向流动，P型端就边接到电流负极和N型连接到正极，这时

电流将不会流动。N型物质的负极电子

被吸引到正极电子。P型物质的正极电子空穴被吸引到负极电子。因为电子空穴和电子都向错误的方向移动所以就没有电流流通过汇合处，损耗区增加。 2LED是如何发光的 ○

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发光二极管，是一种固态

的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光原理。

三．LED的技术参数 1光强度 ○

光强度定义为单位立体角所发射出的光通量，单位为烛光(Candela,cd)。一般而言，光源会向不同方向以不同强度放射出其光通量，在特定方向单位立体角所放出之可见光辐射强度即称之为光强度。 2色度 ○

人眼对色彩的感知是一种错综复杂的过程，为了将色彩的描述加以量化，国际照明协会（CIE）根据标准观测者的视觉实验，将人眼对不同波长的辐射能所引起的视觉感加以纪录，计算出红、绿、蓝三原色的配色函数，经过数学转换后即得所谓的C

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IE1931ColorMatchingFunction(x((),y((),z(())，而根据此一配色函数，后续发展出数种色彩度量定义，使人们得以对色彩加以描述运用。 3主波长(λD) ○

其亦为表达颜色的方法之一，在得到待测件的色度坐标(x,y)后，将其标示于CIE色度坐标图(如下图)上，连结E光源色度点(色度坐标(x,y)=(0.333,0.333))与该点并延伸该连结线，此延长线与光谱轨迹(马蹄形)相交的波长值即称之为该待测件的主波长。 4纯度 ○

其为以主波长描述颜色时之辅助表示，以百分比计，定义为待测件色度坐标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹色度坐标距离的百分比，纯度愈高，代表待测件的色度坐标愈接近其该主波长的光谱色，是以纯度愈高的待测件，愈适合以主波长描述其颜色特性，LED即是一例。 5色温 ○

一光源之辐射能量分布与某一绝对温度下之标准黑体辐射能量分布相同时，其光源色度与此黑体辐射之色度相同，此时光源色度以所对应之绝对温度表之，此温度称之为色温，而在各温度下之黑体辐射所呈现之色度可在色度图上标出曲线，称之为普朗克轨迹。

四．怎么判断LED的好坏

1光学性能：LED的光学性能主要涉及到光谱、光度和色度等方面的性能要求。根据○

新制定的行业标准“半导体发光二极管测试方法”，主要有发光峰值波长、光谱辐射带宽、轴向发光强度、光束半强度角、光通量、辐射通量、发光效率、色品坐标、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数。显示用的LED，主要是视觉的直观效果，因此对相关色温和显色指数不作要求，而照明用的白光LED，上述两个参数就尤为重要，它是照明气氛和效果的重要指标，而色纯度和主波长一般没有要求。

2电性能：LED的PN结电特性，决定了LED在照明应用中区别于传统光源的电气性○

能，即单向非线性导电特性、低电压驱动以及对静电敏感等特点。目前主要的测量参数包括正向驱动电流、正向压降、反向漏电流、反向击穿电压和静电敏感度等。 3热性能：照明用LED发光效率和功率的提高是当前LED产业发展的关键问题之一，○

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