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LED 光源的基础知识,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称。顾名思义，LED是一种将电能转化为光能的电子器件并具有二极管的特性。LED与普通二极管一样有两个电极（正极和负极），在内部结构上有和半导体二极管相似的P区和N区，两区交界处是PN结。当正向导通电压加在LED两端，P区和N区的正负电荷向PN结移动，复合以后能量以光的形式放射出来。光子的波长由能带间隙Eg所决定:波长=1240/Eg Eg的单位是电子伏特，波长的单位是纳米.每一种LED的芯片都有其特定的Eg值，因而都有其特定的发光颜色。波长的半宽度一般为几十纳米。,LED的发光原理,宝玛电气 帝照百年,节能：直流驱动，无频闪，单管功率低，出光指向性强，光能利用率高，同等照明效果功耗仅为传统光源5080%；寿命长：LED属于固体发光源，内部结构牢固不松动，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，理论使用寿命10万小时，是传统光源的10倍以上。绿色环保：LED光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，LED不含汞元素等污染物，废弃物可回收。LED属于低压冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。真彩变换：LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生1600余万种颜色，真正实现丰富多彩的照明变换效果。尺寸灵活，易于设计：LED的外形相对传统光源非常小，这使得我们的灯具设计可以非常灵活，原本很多不可能的灯具成为了现实。光效潜能大：当前白光LED的光效基本可以达到100lm/W，通过提高LED内量子效率和出光率可以达到250lm/W以上，这是传统光源基本不可能突破的。LED自诞生以来，遵循着每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的海兹定律。,LED的特点,宝玛电气 帝照百年,LED的光譜,LED所能发出的光谱除可见光谱外，还包含红外线和紫外线光谱,紫外线（UV）：波长100nm-380nm的电磁波，肉眼是看不到的，有杀菌、化学反应等作用。红外线：波长从780nm1mm的电磁波。同样肉眼是看不到的，它主要产生热效应。,宝玛电气 帝照百年,光通量(bin）：LED光源正常工作时所发出的光的能量。单位：LM。（10LM档）白光光效：80-130LM W 红光光效：15-50LMW,LED 技术参数：,宝玛电气 帝照百年,LED的分级,Vf 值：LED正常工作时的额定工作电压。单位：伏特。（0.1V档）白光，红光,If 值：LED正常工作时的额定工作电流。单位：安培。分类：20/50/150/350/700mA等。,LED 技术参数：,宝玛电气 帝照百年,LED的分级,Color(bin)：LED正常工作时所发出的光的颜色，单色LED用波长表示，白光LED用主要用色温和Ra值表示（正负150K）,LED 技术参数：,宝玛电气 帝照百年,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,LED 技术参数：,温度对LED的影响：,LED的光通与工作温度成反比。,(1)温度升高，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率将减小。(2)温度升高，势阱中电子与空穴的辐射复合几率降低，造成非辐射复合(产生热量)，从而降低LED的内量子效率2。(3)温度升高导致芯片的蓝光波峰向长波方向偏移，使芯片的发射波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成白光LED外部光提取效率的降低3。(4)随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，LED的外部光提取效率降低。(5)硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效。,宝玛电气 帝照百年,温度升高，波长变长。,LED 技术参数：,温度对LED的影响：,LED的发光波长一般可分成峰值波长与主波长。峰值波长即光强最大的波长，而主波长可由X、Y色度坐标决定，反映了人眼所感知的颜色。对于一个LED器件，发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。温度升高，材料的禁带宽度将减小，导致器件发光波长变长，颜色发生红移。显然，结温所引致的LED发光波长的变化将直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。,宝玛电气 帝照百年,LED 技术参数：,温度对LED的影响：,温度升高，LED正向电压会下降。,正向电压是判定LED性能的一个重要参量，其大小取决于半导体材料的特性、芯片尺寸以及器件的成结与电极制作工艺。当电流固定时，温度升高，LED正向电压会下降。由于正向电压与温度的关系接近线性，所以大多LED热阻测试仪器利用LED的这一特性测量其热阻或结温。,LED器件的正向压降可由式(3)表示：,式中，为正向电压，为正向电流，为反向饱和电流，为电子电荷，是玻尔兹曼常数，是串联电阻，是表征P/N结完美性的一个参量，处在12之间。式(3)的右边只有反向饱和电流 与温度密切相关，值随结温的升高而增大，导致正向电压 值的下降。,宝玛电气 帝照百年,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,近百年的发展历程，LED从最初的约0.05Lm/W的光效，经历了0.1Lm/W时代，数Lm/W时代，数十Lm/W时代，到现在的约100Lm/W的发效率，并且现代技术的LED发展遵循海兹定律，每10年亮度就会提高30倍，价格下降10倍。1920s，德国科学家在SiC发现电致发光现象。1950s，英国科学家使用GaAs发明第一颗现代意义上的LED。1960s，红光LED问世，并被GE广泛应用在仪器仪表指示。1980s，东芝与HP相继发明高亮度LED。1990s，日亚与CREE相继发明高亮度蓝光LED，为白光问世奠定了基础。20世纪末，白光LED问世。2003年LED的光效将达30流明瓦。2005年LED的光效将达60流明瓦。现在 白光LED 实验室发光效率160lm/W，量产水平在120lm/W以上。,LED的结构及材料,宝玛电气 帝照百年,LED的结构及材料,宝玛电气 帝照百年,5mmLED结构：带引线的P-N结芯片被封装在透明的环氧树脂外壳中。该环氧树脂外壳一方面可以固定和保护元件，另一方面可以起到透镜的作用，决定LED光束角的大小。图是LED核心部分结构的特写，芯片的N区通过导电胶粘结在金属的反光杯上，再与阴极导线相连。芯片的P区通过金线与阳极导线相连。测温点选取：负极引脚。,LED的结构及材料,宝玛电气 帝照百年,Rebal LED 芯片结构：使用陶瓷底板做散热材料。同时加入TVS 二极管保护功能。Rebel 热阻 RJ-Thermalpad=10C/W,Rebel ES 热阻,RJ-Thermalpad=6C/W 专用测温点。,朗博型 LED 颗粒结构：环氧树脂一次透镜，铝材质绝缘热沉。热阻 RJ-Thermalpad=10-15C/W.,LED的结构及材料,宝玛电气 帝照百年,LED的结构及材料,cree LED 颗粒结构：,宝玛电气 帝照百年,LED的结构及材料,常见小功率贴片 LED 型号：3014/3528/5630/505等,(3.0*1.4*1.2)mm,(5.0*5.0*1.8)mm,宝玛电气 帝照百年,LED的结构及材料,COB(大功率集成)LED:,宝玛电气 帝照百年,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,1.二光谱白光：互补的色光合成白光。（1+1）2.全光谱混合成白光。（111）3.利用二次配光LENS合成白光。（1+1）4.利用单芯片发出全光谱的光。（处于研发阶段）,白光LED的合成方法：,单色LED 发光材料：,宝玛电气 帝照百年,1996年日亚公司首先采用InGaN蓝光芯片加YAG（钇铝石榴石）黄色荧光粉的方法制成白光LED。后来：近紫外芯片激发RGB三色荧光粉混合制成白 光。优缺点：工艺成熟，易于批量生产。LED显色指数大部分都不高于85。,二光谱白光：,宝玛电气 帝照百年,全光谱白光：R、G、B 三色芯片混合成白光。优缺点：成本高，色温不易控制。LED显色指数高，可接近100。,宝玛电气 帝照百年,表(1),宝玛电气 帝照百年,用心照亮世界,宝玛电气 帝照百年,1、LED的发光原理及相关技术参数2、温度对LED的影响3、LED的结构类型4、白光LED的合成方法及优缺点附：传统光源的基础知识,宝玛电气 帝照百年,白炽灯工作原理：电流通过钨丝产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝温度达到2000摄氏度以上，灯丝处于白炽状态时发出的光，故称为白炽灯,白炽灯的主要部件为：灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头。,显色性高Ra=100色温较低约为2800K经济寿命短，1000小时左右光效低，为821.5lm/W,宝玛电气 帝照百年,卤钨灯是利用卤钨再生循环原理工作的。蒸发出的钨在灯壳与卤素反应生成气态的卤化钨，再通过对流和扩散到达灯丝的高温区，分解成钨和卤素，钨沉积在灯丝表面，而卤素则被扩散到温度较低的灯壳内壁附近再继续与蒸发的钨化合。这一过程称为卤钨再生循环,显色性Ra=100色温在2900-3200K之间光效达到25Lm/w平均寿命为3000小时,宝玛电气 帝照百年,荧光灯工作原理：,灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光,可见光,紫外辐射,电 子,汞原子,电极,荧光粉,荧光灯分类：,直管型荧光灯紧凑型荧光灯,紧凑型荧光灯按形状不同，有U型、H型和螺旋型等，结构原理和性能都是一样的。,宝玛电气 帝照百年,启动过程:1.向电弧管内的电极间施加高电压触发，启动气体(氩气及氙气)开始放电2.逐渐由辉光放电过渡到弧光放电。3.灯启动后触发器关闭，由镇流器向灯提供合适的电压，灯开始正常工作。,发光原理药丸(金属卤化物)蒸发而产生气体，蒸发的气体原子与流过灯的电子相互碰撞，会被激发从而产生固有波长的光辐射，例如水银会发出青色的光，钠会发出橘色的光，铊会发出绿色的光。总之发光管内封入添加物的种类，依其添加物组合之成份，决定灯泡之发光、显色性及光效率等特性。,宝玛电气 帝照百年,
