LED发光原理与发展历史

LED发光原理与发展历史

1，定义

LED（Light-Emitting Diode）是英文发光二极管的简称，它是由半导体材料制造出来的，它有一个正极和一个负极，把正极和负极接入直流电对应的正负极后，它就会发光。

2，发展史

3，发光原理

LED的核心技术是由半导体材料制造

的发光芯片，如右图所示，芯片是由P型半

导体与N型半导体组成，当把芯片的P与

N极按照图示接入直流电源，芯片就会发光。

P型半导体与N型半导体之间就是PN

结，发光芯片的PN结的结电压较高，预示

着电子复合的能量高，当P型材料内的空穴

与N型半导体的电子在外电场的作用下在

PN结复合时，这种复合产生的能量会变成

光能释放出来，这就是LED发光机理，不

同的半导体材料发出的光的波长是不同的，

不同波长在我们的眼睛里被感受到不同颜

色的光。

LED芯片发光的波长范围很广，涵盖紫

外线、可见光、红外线这个范围，我们经常

见到的有紫外LED，红外LED，红光LED，

绿光LED，蓝光LED，琥珀光LED。

LED芯片只能发出单波长的光，LED

芯片是不能发出白光，把红绿蓝三种波长组

合在一起，产生的白光由于光谱不连续，范围窄，是不能用于照明的。

4，白光LED

我们常看到的LED灯珠可以发出各种光色，其中，也有白光LED灯珠，如下图，前面提到，LED芯片是不能发出白光的，那么，LED灯珠是如何发出白光的呢？

原来，LED白光灯珠是由灯珠内的蓝光芯片配黄色荧光粉制造出来的。

根据三原色原理，白色是由红绿蓝这三种颜色混

合而成，其中，红色与绿色混合成黄色，再与蓝

色混合就成为白色，右图是三原色示意图。

LED灯发出白光也是利用这个原理，即发光

芯片是蓝色光，在芯片上面覆盖黄色荧光粉如下

图所示，蓝色的光通过黄色荧光粉后，黄色荧光

粉会被蓝光激发，产生黄色的光，这个黄色的光

再与蓝色的光混合，就变成白色的光，这就是白

光LED的发光原理。

用绿光加紫色荧光粉或者红光加青色荧光粉也可以做白光，不过这些方法不稳定。

蓝光芯片上覆盖黄色荧光粉（图中的颗粒表示红色荧光粉）

LED制造过程中覆盖黄色荧光粉工艺

荧光粉品质的好坏，直接影响光品质和光衰，目前，LED荧光粉主要采用铝酸盐系和硅酸盐系，铝酸盐系最稳定，是主要应用的荧光粉。

在黄色荧光粉中添加少量红色荧光粉，就可以调节LED白光的色温，随着红色荧光粉添加的增多，白光色温由冷色到暖色变化。如上图中的颗粒表示红色荧光粉，颗粒越多，光色越暖，黄色荧光灯添加红色荧光粉后，混合后的荧光粉的颜色看上去会偏金黄色。

LED荧光粉覆盖的量是越少越好，品牌LED的涂粉量就很少，几乎可以看到蓝光芯片的轮廓，有些LED涂粉量很大，甚至有些厂家还以涂粉面积大作为宣传LED亮度的特征，涂粉量大有可能是荧光粉的激发效率偏低，涂粉量大也容易导致光衰。

黄色荧光粉红色荧光粉

单色LED是用波长表示发光颜色，而LED白光是由多种光谱组成，所以，LED白光波长特征是主波长，LED白光是用色温表示光色的，色温是白光表示光色颜色的唯一参数，色温与白光光色的对应关系如下：

冷白光：6000K-8000K

正白光：4000K-6000K

暖白光：2800K-4000K

用光色表示白光是不准确的，只是个范围，用光色采购的LED产品，发光颜色往往相差很大。

照明光源的色温一致性是照明质量的重要标志，LED白光的色温一致性目前是LED白光制造工艺的一个技术难题，存在着同温异色（色温值相同，光色不同）和同色异温（光色相同，色温值不同）现象，用冷白光、暖白光表示LED色温，是一种对色温差别的一种掩饰表述，正确的LED白光光色的表示方法是色温。

5，LED光源与其他光源的比较

LED照明光源是近几年迅速发展的一个产业，与其他光源相比，LED照明光源最显著的特征是节能与环保，人类的技术进步大多数表现是产品的节能指标的提高，LED照明技术也是如此，下图是各种光源的发光效率的对比图。

各种光源发光效率对比

LED的环保特征是，在LED构成的各种材料里，不会对环境产生污染，这也是世界各国竞相发展这一照明技术的重要原因，随着LED成本的进一步降低，LED会广泛应用在照明的各个领域。

6，LED特点

1、发光效率高，节能效果好。

2、白光光谱质量好，光谱中没有紫外线和红外线，属健康光源。

3、寿命长：光通量衰减到70%的理论寿命达5-10万小时。

4、响应时间短，适合于频繁开关以及高频运作的场合。

5、绿色环保，LED组成材料里无有害和污染环境成分。

6、控制灵活，易于调光，可以实现多种彩色效果。

7、具有良好的显色性，对物体的色泽还原效果好。

8、LED单面发光，是防止产生光污染的理想光源。

7，LED种类

按照功率大小分：

1、小功率，0.1W以下。

2、中功率，0.5W左右。

3、大功率，1W以上。

按照封装形式分：

直插式（DIP）和贴片式（SMD）。

SMD3528 SMD2835

SMD3014 SMD5050

SMD3030 SMD5730

SMD大功率COB光源

直插式Φ5灯珠贴片大功率