LED光源原理分析

1、LED 光源原理分析【摘要】 本文介绍 LED 光源的原理、 特点、发展概况， 重点阐述 LED 在照明领域的发展趋势以及它的应用。 伴随着 LED 技术的发展，它的发光效率也在逐步提高，造价逐步降 低，其前景以及市场将更加广泛， LED 光源必将成为 21 世 纪的主导光源。【关键词】 LED 光源， LED 性能特点1.1LED 发展历程和现状：“绿色照明”是曾在九十年代初对保护环境的照明系统 以及节约电能的形象性说法。其定义为：通过科学的照明设 计，采用寿命长、效率高、性能稳定、安全的照明电器产品 用来提高改善人们的学习、工作、生活的条件和质量，从而 创造一个舒适、高效、经济、有益、安全

2、的环境，并能体现 出现代文明的照明。在很多国家都先后制定了“绿色照明工 程”的计划，并取得了显著的效果。照明质量水平的高低已 经成为了人类社会现代化程度的重要标志之一，也成为人类 社会可持续发展的重要措施。LED 是固体光源，被认为是 2l 世纪最有价值的新光源， 它将取代现有的日光灯和白炽灯成为照明市场的主导，是照 明技术的一场新革命，它将在一定程度上改善人类的生活以 及生产方式。 LED 照明的应用前景被寄予厚望【 1】，并在全世界都掀起了高潮在 1965 年全球第一款商用化发光二极管做成。 1968 年， LED 的研发利用氮掺杂工艺使器件的效率达到了1 流明/瓦，并能够发出橙光、红光以

3、及黄色光。此时，我国的第一批发 光二极管开始进入市场。 1971 年又推出了具有相同效率的绿 色芯片LED。1990年，LED业界有了新的成果，红光四元 材料的 LED 被开发出来，新的 LED 的光通量比标准器件的 性能要高出了 10 倍。在 1991 年-2001 年这几年里，因为材 料技术、外形方面和芯片尺寸的进一步发展使得商用化的 LED 光通量提高了将近 20倍。在 1990年推出的基于碳化硅 芯片材料 LED 的发光效率约是 0.04 流明/瓦，以前的发光强 度很少有超过 15mcd 的。在 1994 年日本日亚公司研制出了 蓝色超高亮度 LED 。至此彩色显示所需的三基色蓝、 绿

4、、红、 黄和橙等多种颜色的 LED 就都达到了坎德拉级的发光强度， 实现了全色化以及超高亮度化， 使基于 LED 的发光强度达到 了坎德拉级，实现了全色化以及超高亮度化，打从而达到了 基于 LED 的户外全色显示。 1998 年飞利浦公司运用大尺寸 的芯片封装出了 1W 级的大功率器件，让人们第一次看到了 半导体光源进入普通照明领域的曙光。它被认为是 21 世纪 最有价值的新光源，将取代日光灯和白炽灯成为照明市场主 导，使得照明技术面临了一场新的革命【2】。1.2 LED 发光原理【 3】LED 是一种固态的半导体器件，它能直接把电转化为 光。其核心是一个半导体的晶片，晶片的一端是负极，附在

5、一个支架上，另一端连接到电源的正极上，使整个的晶片被 环氧树脂封装起来。半导体的晶片由两部分组成，一部分是空穴占主导地位 的 P 型半导体， 另一端是电子的 N 型半导体。 两个部分连接 起来时，形成了一个 P-N 结。当电流通过导线作用在晶片上 的时候，电子会被推向 P区，在P区里空穴和电子复合，就 会以光子的形式发出来能量， 这就是 LED 的发光原理。 光的 波长也就是光的颜色，是由形成 P-N 结的材料所决定的。目 前也可以制造各种不同波长的 LED 。一般的 LED 晶片都是 由稼基晶体所形成的，这个稼基晶体里边包含的荧光粉产生 的一种特定颜色。1.3LED 的光学参数介绍LED 的

6、光学参数中重要的参数为：波长、光通量、发光 强度、发光效率和光强分布。发光效率是光通量与电功率的比值，发光效率表明了光 源的节能特性，这也是衡量现代光源性能的重要指标。LED 的发光强度是表征在某个方向上的发光的强弱， 因 为 LED 在不同的空间角度光强相差很多， 所以就必须要研究 LED 的光强分布特性。这个参数的实际意义很大， 直接影响 到了 LED 显示装置的最小观察角度。比如在体育场馆里的LED 大型彩色显示屏，如果选用的 LED 单管分布范围是很 窄的，那么处于较大角度的面对显示屏的观众将看到失真的 图像。而且交通标志灯也要求人们能识别到较大的范围。对于 LED 光谱的特性主要还是

7、要看它的单色性是否优 良，而且要注意到蓝、红、绿、白、黄色 LED 等主要颜色是 否纯正。因为在很多场合下，比如对颜色要求比较严格的交 通信号灯，不过据观察现阶段我国的一些 LED 信号灯中红色 的为深红， 绿色发蓝， 因此对 LED 光谱的特性进行一下专门 的研究是非常必要而且非常有意义的。LED 的光输出量会随着封装方法的不同以及芯片的类 型等其他的一些区别而变化的。但在国际上目前还没有一个 统一的标准去衡量它的亮度。一般以轴向的一个光点上的高 度值来衡量的 LED 的发光总量的， 并且用烛来表示。 一个具 有很高亮度值的 LED ，并不能代表它的光输出量就会很高， 要计算出其总输出量，就

8、必须考虑发光角度。不同封装外壳 的芯片 LED 就会有不同的亮度值。如果两个 LED 有相同的 亮度值，那么发光角度越大的输出量也会越大。1.4 LED 性能特点【 4】LED 与其他光源相比，具有以下优点：（ 1）环保。由于 LED 是由无毒材料制成的；（ 2）体积小。 LED 是一块很小的晶片被封装在环氧树 脂里面；(3)颜色丰富。它既有白色的，也有发各种单色光的；(4)耗电量低。LED耗电非常低，它的功耗不超过 0.8W;( 5)坚固耐用。 LED 不易损坏，几乎可以免维护；( 6)高亮度、低热量。是普通钨丝灯泡的两倍；( 7)使用寿命长。 通常 LED 的使用寿命可达 10 万小时；1.5 总结随着 LED 技术的迅猛发展，它的其发光效率逐步提高， 造价逐步降低， 将使得 LED 的应用市场变的将更加广泛。 特 别是在现阶段全球能源短缺的情况下， LED 光源在照明市场 的应用前景备受瞩目，在大家的共同努力之下， LED 光源定 会成为 21 世纪的主导光源。参考文献：1中国绿色照明项目促进办公室 .中国绿色照明工程实 施展望 .中国能源， 2004.7.262余彬海，王壶浩 .LED 器件封装现状及我国封装产业