LED基础知识讲义

LED基礎知識產品驗證中心陳曉雷一.LED的定義二.LED工作原理三.LED的發展簡史四.LED的特點五.LED的分類六.LED集中应用领域七.LED光學朮語名詞八.目前使用的光源一.LED的定義LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写。

LED是一种固体光源，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，因此它具有一般PN结的特性，即正向导通，反向截止击穿特性。当它两端加上正向电压，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)发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色的发光二极管。

二.LED發光原理在电压的作用下N-Type中的电子向P-Type移动时，从微观的来看，电子从远轨道跳到近轨道，此时要释放能量，这个能量就是以光子的方式释放出来。即：LED的工作原理=PN结工作原理三.LED的發展簡史

LED在20世紀60年代初期問世，當時的LED以紅色為主，發光效率很低，光通量很小，只能作指示燈和儀錶顯示器使用。隨著管芯材料、結構和封裝技術的不斷進步，LED顏色品種增多，光效大幅度提高，目前的紅色LED光效已可以到100lm/W，綠色LED也可達到50lm/W，單個LED的光通量可達到幾十流明。尤其是近年來高光效、高亮度的白光LED的開發成功，使得LED照明領域的應用成為可能。自愛迪生發明白熾燈以來的100多年中，電光源照明經歷了三個重要發展階段，這三個階段中的代表性光源分別為白熾燈、螢光燈和高強度氣體放電燈。現在人們普遍認為LED將可望發展成第四代光源，即半導體照明。白光LED技術概況

1993年GaN(氮化镓)系藍光LED被開發出來，白光LED才成為實際可行的產品。所謂白光是多種顏色混合而成的光，如二波長光(藍色光+黃色光)或三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)白光LED開發基礎在於藍光技術，目前在藍光LED技術方面以日亞化學領先。對于一般照明而言，人們更需要白光LED開發成功，1998年白光LED開發成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成，GaN芯片發藍光（波長=465nm），高溫燒結制成的YAG熒光粉受藍光激發后發黃光，峰值550nm,藍光基片安裝在碗型的發射腔中，覆蓋由YAG的樹枝薄層，藍光部分被YAG吸收，另一部分與YAG發出的黃光混合得到白光。現在對于InGaN/YAG的白光LED,我們可以通過改變YAG熒光粉的化學組成，和調節熒光粉層的厚度來得到色溫在3500K-10000K的各色白光。四.LED的特點電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%適用性：每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，適合於易變的環境壽命長：一般來講，普通白熾燈的壽命約為1000h，螢光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過1萬h，而LED的使用壽命可長達數萬h。價格：LED的價格比較昂貴，較之於白熾燈，幾隻LED的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上300～500只二極體構成。顏色：改變電流可以變色，發光二極體方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色回應時間：其白熾燈的回應時間為毫秒級，LED燈的回應時間為納秒級1秒=1000毫秒(ms)1秒=1,000,000微秒(μs)1秒=1,000,000,000纳秒(ns)1秒=1,000,000,000,000皮秒(ps)以刹车灯和方向指示灯管为例，假设车辆时速为125公里/小时，即35米/秒时，白炽灯的热启动时间约为250毫秒，而反应迅速的LED可提早约8米距离发出刹车警告，从而有效避免汽车相撞，指示灯也是如此。

對環境污染：無有害金屬汞綠色照明：綠色照明：就是指通過科學的照明設計，採用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品(電光源、燈用電器附件、燈具、配線材料，以及調光控制設備和控光器件)，改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創造一個高效、舒适、安全、經濟、有益的環境並充分體現現代文明的照明。結構牢固：

LED是用環氧樹脂封裝的固態光源，其結構中沒有玻璃泡、燈絲等易損壞的部件，是一種全固體結構，因此能夠經受得住震動、衝擊而不致引起損壞。五.LED的分類1.按其使用材料可分磷化镓(GaP)发光二极管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷化镓(GaAs)发光二极管、磷铟砷化镓(GaAsInP)发光二极管和砷铝化镓(GaAlAs)发光二极管等多种。

其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光

白光的組成：绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色

，除此之外，還有很多方法可以獲得白光（見下表）白色LED的種類和原理

2.按其封装结构及封装形式可分为

金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装和无引线表面封装

外，还可分为加色散射封装（D）、无色散射封装（W）、有色

透明封装（C）和无色透明封装（T）。塑封发光二极管按管体颜色又分为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明无色等

3.按其封装外形分

圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种。4.按发光二极管的发光颜色

又可人发为有色光和红外光。有色光又分为红色光、黄色光、橙色光、绿色光等。

发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。六.LED集中应用领域

景观照明市场包括建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等，主要用于重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、桥梁、社区、庭院、草坪、家居、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。汽车市场

车用市场是LED运用发展最快的市场，主要用于车内的仪表盘、空调、音响等指示灯及内部阅读灯，车外的第三刹车灯、尾灯、转向灯、侧灯等。

背光源市场

LED作为背光源已普遍运用于手机、电脑、手持掌上电子产品及汽车、飞机仪表盘等众多领域。

交通灯市场

由于红、黄、绿光LED有亮度高、寿命长、省电等优点，在交通信号灯市场的需求大幅增加。厦门市自２０００年采用第一座LED交通信号灯后，如今全市１００多座交通信号灯已有近７０％更换为LED；上海市则明文规定，新上的交通信号灯一律采用LED。

户外大屏幕显示：由于高亮度LED能产生红、绿、蓝三原色的光，LED全彩色大屏幕显示屏在金融、证券、交通、机场、邮电等领域倍受青睐；近两年全彩色LED户外显示屏已代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等成为主流，尤其是在全球各大型体育场馆几乎已成为标准配备。特殊工作照明和军事运用：由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及热辐射低、体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工作环境之中。

其它应用：LED还可用于玩具、礼品、手电筒、圣诞灯等轻工产品之中，我国作为全球轻工产品的重要生产基地，对LED有着巨大的市场需求。七.LED光學朮語名詞解釋光源光通量（LM）光強（cd）照度（LUX）輝度(Cd/m2)1.光通量

光源每秒鐘發出光能的總和光源的光通量表征着光源的发光能力，是光源的重要性指标。光源的额定光通量指光源在额定电压、额定功率的条件下工作，并能无拘束地发出光的工作环境下的光通量输出。

-----------我们在衡量物体多少的时候都会有个量化的单位，比如：水可以用“升”来衡量，电可以用“度”来衡量，同样我们也需要一个单位来衡量光源发出光的多少------光通量，光通量是指单位时间内光源发出的(可见)光的总和，单位是Lm(流明)，发光数越多，其流明数越大，一只40W的白炽灯泡其光通量大致在400Lm.光源的光通量随光源点燃时间会发生变化，即点燃时间越长，光通量因衰减而变得越小。單位﹕流明(lm)

2.发光效率

光源的光通量输出与它取用的电功率的比称为光源的发光效率，简称光效，单位是lm/w。在照明设计中应优先选用光效高的光源。

3.发光强度发光二极管的发光强度通常是指法线方向上的发光强度.（对圆柱形发光管是指其轴线）1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）

光源在单位立体角内发出的光通量，即每球面度1流明。

4.照度用来