LED光源原理分析

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、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，2004.7.26

[2]余彬海，王壶浩.LED器件封装现状及我国封装产业对策.国际光电与显示，2003.12.23

[3]蒋大鹏，赵成久等.白光发光二极管的制备技术及主要参数.中国科学院激发态物理开放实验室，长春，2002.9.25

[4]陈文成、陈大华译.白光LED汽车前照灯的光学设计探讨.复旦大学电兆源研究所，上海，2004.1.56