LED节能灯的发光原理.docx

1、LED节能灯的发光原理LED节能灯的发光原理节能灯的两极是普通的钨丝.钨丝通电发热后,就能发射出电子.在灯管两侧加上比较高的电压,形成电场,这些电子就会在灯管里被加速,形成有一定速度和能量的电子流. 灯管是被抽成真空的，里面充有汞，就是我们称为的水银。在灯管通电发热的情况下,这些水银从液态蒸发就变成了气态.形成游离状态的汞原子。电子流中的电子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激发,变成激发状态的电离子.称为发生了阶跃，激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态,同时释放出紫外线光，紫外线光不能用来照明.于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质,在紫外线光的轰击下,荧光物质受到激发以后,就

2、能发出比较自然的光线, 可用于我们照明。市面上较常见的节能灯管有一般的普通灯管及渐为主流的三基色灯管，和白炽灯泡相比都有省电的优点。所不同的是普通灯管的显色性偏低，而三基色的灯管则呈现出自然的阳光色，并且在显色性及光效率上都更胜过一般的普通灯管。从上面我们就可以知道，汞在节能灯管中是起中介作用的，没有汞节能灯就不会发光。每支灯管里的汞是很少的。据查：一支管径为36毫米的粗管径荧光灯含汞量在2545毫克，一支管径为26毫米的细管径荧光灯含汞量为20毫克，一支管径为10毫米的紧凑型荧光灯含汞量为10毫克。汞在常温下呈液态，是一种易流动的银白色液态金属。汞在荧光灯管里作为气体放电介质而存在，不但提高

3、了灯的光效，而且丰富了光源的种类。所以目前的节能灯光源都含有汞。由于汞的沸点很低，在常温下即可蒸发，废弃的荧光灯管破碎后，立即向周围散发汞蒸气，瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米1020毫克，国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米毫克。它还可以随着空气而流动.一旦进入人体的汞超过某一阈值，就会破坏人的中枢神经系统，造成对身体的极大危害。汞进入人体后很难被排除。笔者工厂的工人有十多年没有接触汞了,但现在检查身体汞的含量仍然很高，而且随时都还在打排汞针。所以笔者对节能灯有种本能的恐惧。其实含汞照明灯在使用过程中一般没有什么污染，污染主要是报废后电光源被随意丢弃，破裂造成汞扩散到空气中，危

4、害人体健康，污染环境。由于回收困难和回收价值太低，加之它还有许多的其它弊病，所以唯一的办法就是淘汰它。中国LED产业的发展中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进

5、展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突

6、破核心专利。LED照明灯具有如下特点1、高纯度，鲜艳丰富的色彩。目前LED产品几乎覆盖了整个可见光谱范围，且色彩纯度高。 而获得彩色光的传统方式是白炽灯加滤光片，大大降低了光效。2、超长寿命。LED的实际寿命超过5万小时，为一般光源的几倍甚至几十倍。3、光源中没有水银，光束中不含紫外线。LED是固体发光光源，绿色环保，特别适用于香 水店、珠宝店、博物馆、美术馆等专业场所，可满足其展示商品对照明的特殊要求。4、固体发光，抗震性能好，牢固可靠。5、节能，经济，免维护。6、动态的色彩控制，明暗可调，三原色的LED组合可采用PWM实现颜色的变化。7、LED有很强的发光方向性，光通量利用率高，且体积小，

7、易于LED灯具的外观设计和光强分布的控制。8、LED可采用直流低压供电，安全可靠。9、LED不受启动温度限制，可暂态启动，一般为几个ms，且能暂态达到全光通量输出。LED灯具有什么优点1，节能. 白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4.2，长寿. 寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓一劳永逸.3，可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉.4，固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装，可以被装置在任何微型和封闭的设备中，不怕振动，基本上用不着考虑散热。5，LED灯具技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断的降低。

8、一个白光LED灯具进入家庭的时代正在迅速到来。6，环保，没有汞的有害物质。LED灯的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收。总结：很明显，只要LED灯具的成本随led技术的不断提高而降低。节能灯及白炽灯必然会被LED灯具所取代。目前国家越来越重视照明节能及环保问题，已经在大力推行使用LED灯具了。特别是政府改造路灯项目首先就是LED路灯，就指明得用LED路灯可见LED灯具替代节能灯、白炽灯的势头。LED 的结构及发光原理50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode （

9、发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层，称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED 。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED

10、 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关LED发展现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。 中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个

11、国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力

12、推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。LED发展趋势LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003

13、年6月份首次提出发展半导体照明计划。全球知名LED制造商排名1,NICHIA 日亚化学，著名LED芯片制造商，日本公司，成立于1956年，开发出世界第一颗蓝色LED(1993年) ,世界第一颗纯绿LED(1995年),在世界各地建有子公司。 2,CREE 著名LED芯片制造商，美国公司，产品以碳化硅(SiC),氮化镓(GaN),硅(Si)及相关的化合物为基础,包括蓝,绿,紫外发光二极管(LED),近紫外激光,射频(RF)及微波器件,功率开关器件及适用于生产及科研的碳化硅(SiC)晶圆片 3,OSRAM OSRAM 是世界第二大光电半导体制造商，产品有照明，传感器，和影像处理器。公司总部位于德国

14、，研发和制造基地在马来西亚，约有3400名员工，2004年销售额为亿欧元。 OSRAM最出名的产品是LED，长度仅几个毫米，有多种颜色，低功耗，寿命长 4,Toyoda Gosei Toyoda Gosei 丰田合成，总部位于日本爱知，生产汽车部件和LED，LED约占收入10%, 丰田合成与东芝所共同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式，与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同。 5,Agilent 作为世界领先的LED供应商，其产品为汽车、电子信息板及交通讯号灯、工业设备、蜂窝电话及消费产品等为数众多的产品提供高效、可靠的光源。这些元件的高可靠性通常可保证在设备使用寿命期间不

15、用再更换光源。安捷伦低成本的点阵LED显示器、品种繁多的七段码显示器及安捷伦LED光条系列产品都有多种封装及颜色供选择 6,TOSHIBA 东芝半导体是汽车用LED的主要供货商，特别是仪表盘背光，车子电台，导航系统，气候控制等单元。使用的技术是InGaAlP，波长从560nm（pure green）到630nm（red）。近期，东芝开发了新技术 UV+phosphor（紫外+荧光），LED芯片可发出紫外线，激发荧光粉后组合发出各种光，如白光，粉红，青绿等光。 7,LUMILEDS Lumileds Lighting是全球大功率LED和固体照明的领导厂商，其产品广泛用于照明，电视，交通信号和通用

16、照明，Luxeon Power Light Sources是其专利产品，结合了传统灯具和LED的小尺寸，长寿命的特点。还提供各种LED晶片和LED封装，有红，绿，蓝，琥珀，白等LED. Lumileds Lighting总部在美国，工厂位于荷兰，日本，马来西亚，由安捷伦和飞利浦合资组建于1999年，2005年飞利浦完全收购了该公司。 8,SSC 首尔半导体乃韩国最大的LED环保照明技术生产商，并且是全球八大生产商之一(资料来源：Strategies Unlimited-LED市场研究公司)。首尔半导体的主要业务乃生产全线LED组装及定制模组产品，包括采用交流电驱动的半导体光源产品如：Acric

17、he、侧光LED、顶光LED、切片 LED、插件LED及食人鱼(超强光) LED等。产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中。LED灯带6种常用规格术语解释昭祺科技推广部经常会接到客户需求LED灯带的询价电话，但由于对LED灯带的规格术语不熟悉，常常需要给客户解释半天才能让客户了解。针对这一现象，下面就把LED灯带常用的5种规格术语进行一下解释和分享，同时也供采购朋友们参考：一、LED尺寸大小：0603、0805、1210、5050是指LED灯带上使用的发光元件-LED的尺寸大小（英制/公制），下面是这些规格的详细介绍：060

18、3：换算为公制是1005，即表示LED元件的长度是1.0mm，宽度是0.5mm。行业简称1005，英制叫法是0603.0805：换算为公制是2125，即表示LED元件的长度是2.0mm，宽度是1.25mm.行业简称2125，英制叫法是0805.1210：换算为公制是3528，即表示LED元件的长度是3.5mm，宽度是2.8mm。行业简称3528，英制叫法是1210.5050：这是公制叫法，即表示LED元件的长度是5.0mm，宽度是5.0mm。行业简称5050.二、LED灯数：15灯、30灯、60灯是指LED灯带每米长度上焊接了多少颗LED元件，一般来说1210规格灯带是每米60颗LED，505

19、0规格灯带是每米30颗LED，特殊的有每米60颗LED。不同LED数量的LED灯带价格是不同的，这也是区分LED灯带价格的一个重要因素。三、色温：是指将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红 - 浅红 - 橙黄 - 白 - 蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。一般来说色温不作为考核LED灯带的一个指标，只是国外很多客户因为使用环境的关系，会做一个特别的要求。光源色温不同，光色也不同： 色温在 3300K 以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的感觉.，通称暖色温。 色温在 3000-6000K 为中间，人在此色调下无特别明显的

20、视觉心理效果，有爽快的感觉；故称为 中性 色温 色温超过 6000K ，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，通称冷色温。 四、亮度：cd（坎德拉）发光强度的基本单位，坎德拉是国际单位制的基本单位之一。一般LED灯带不同的颜色会有不同的发光强度，常用单位是mcd，即毫坎德拉。数值越高，说明发光强度越大，也就是越亮。这是评定LED灯带亮度的重要指标，亮度要求越高的灯带价格越贵。这是因为高亮度的LED芯片价格偏贵，并且亮度越高，封装难度越大。五、发光角度：这是指LED灯带上LED元件的发光角度，一般通用的贴片LED，即SMD元件的发光角度都是120度。发光角度越大，起散光效果越好，但相对的，其发光的亮度也就

21、相应减小了。发光角度小，光的强度是上去了，但照射的范围又会缩小。因此，评定LED灯带的另一个重要指标就是发光角度。现在市面上有一些不良厂家，为了提高发光的亮度以赚取更高的利润，故意把发光角度减小，稍有不慎，就会买到这样的以次充好的元件。六、电压：这是指LED灯带的输入电压，一般常用的规格是直流12V，也有的是24V。从九个基本性能选择LED光源(图)随着一哄而上的市场，作为消费者，选用LED依然要冷静，科学地分析，选用性价比最好的光源和灯具，下面介绍几种LED的基本性能：1、亮度： LED的亮度不同，价格不同。用于LED灯具的LED应符合雷射等级类标准。2、抗静电能力：抗静电能力强的LED，寿

22、命长，因而价格高。通常抗静电大于700V的LED才能用于LED灯饰。3、波长：波长一致的LED，颜色一致，如要求颜色一致，则价格高。没有LED分光分色仪的生产商很难生产色彩纯正的产品。4、漏电电流： LED是单向导电的发光体，如果有反向电流，则称为漏电，漏电电流大的LED，寿命短，价格低。5、发光角度：用途不同的LED其发光角度不一样。特殊的发光角度，价格较高。如全漫射角，价格较高。6、寿命：不同品质的关键是寿命，寿命由光衰决定。光衰小、寿命长，价格高。7、晶片 ：LED的发光体为晶片，不同的晶片，价格差异很大。日本、美国的晶片较贵，一般台湾及国产的晶片价格低于日、美。8、晶片大小：晶片的大小

23、以边长表示，大晶片LED的品质比小晶片的要好。价格同晶片大小成正比。9、胶体：普通的LED的胶体一般为环氧树脂，加有抗紫外线及防火剂的LED价格较贵，高品质的户外LED灯饰应抗紫外线及防火。每一种产品都会有不同的设计，不同的设计适用于不同的用途，LED灯饰的可靠性设计方面包含：电气安全、防火安全、适用环境安全、机械安全、健康安全、安全使用时间等因素。从电气安全角度看，应符合相关的国际、国家标准。由于LED是新产品，中国国家标准滞后，但国家提供产品合格测试。具有国际安全认证(如GS、CE、UL等)及国家产品质量合格证的LED灯饰价格要高，因为这些产品在安全设计上是可靠的。消费者注意的是要认真鉴别

24、证书的真伪，现在有国际安全认证及国家产品合格证的厂家并不多。从健康方面，采用无毒材料设计的产品价格要高，特别是室内LED灯饰，千万别贪便宜选用有异味的LED灯饰，目前仅少数几家LED厂家是用无毒材料生产，辨别的方法可以直接用鼻子分别，有臭味的产品比无臭味的价格更低很多。类似铅、汞、镉等毒素需专业人员分析。从适用环境安全看,有可靠的防尘防潮设计,材料防火、防紫外线、防低温开裂的LED产品的价格高。发光二极管的类型、主要参数按其使用材料可分为磷化镓(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

25、光二极管等多种。按其封装结构及封装形式除可分为金属封装、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）。按其封装外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种，图4-22为几种发光二极管的外形。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、透明无色等多种。而圆形发光二极管的外径从220mm，分为多种规格。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。另外，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

26、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。1普通单色发光二极管 普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。图4-23是普通发光二极管的应用电路。普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630650 nm ，橙色发光二极管的波长一般为610630 nm左右，黄色发光二极

27、管的波长一般为585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为555570 nm。常用的国产普通单色发光二极管有BT（厂标型号）系列、FG（部标型号）系列和2EF系列.常用的进口普通单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。2高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管 高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普通单色发光二极管不同，所以发光的强度也不同。通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs）等材料，超高亮度单色发光二极管使用磷铟砷化镓（GaAsInP）等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等材料。3变色发光二极管 变色发光二

28、极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色（有红、蓝、绿、白四种颜色）发光二极管。变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三色发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号，见表4-31。4闪烁发光二极管 闪烁发光二极管（BTS）是一种由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压（5V）即

29、可闪烁发光。表4-32是几种常用闪烁发光二极管的主要参数。 5电压控制型发光二极管 普通发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接适当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管（BTV）是将发光二极管和限流电阻集成制作为一体，使用时可直接并接在电源两端。 电压控制型发光二极管的发光颜色有红、黄、绿等，工作电压有5V、9V、12V、18V、19V、24V共6种规格。表4-33为BTV系列电压控制型发光二极管的主要参数。 6红外发光二极管 红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路中。红外发光二极管的结构、原理

30、与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等发光二极管 大功率led发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与

31、普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R（EUF）IF式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示09十个数目字。发光二极管分类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