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1、成为LED专家成为 LED专家基础篇 第一章：为什么要从事 LED 行业？能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，地球已经疲惫不堪，改变人们的能源获取方式以及提高能源利用率已经成为当前世人的共识。由于在世界电力的使用结构中， 照明用电约占总用电量的； 英国布赖恩 爱德华兹在其编写的可持续性建筑中指出，在英国消耗的全部能源当中，大约有一半与建筑有关， 而建筑的人工照明耗能则占其建筑耗能总量的；在我国照明用电约占全国总用电量的，而且我国每年的照明用电增速（保守估计）大约为。从上面的数据我们可以看出，虽然因各国经济发展的水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国

2、能源消费的重要组成部分。 照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手问题。调查显示，2007 年，我国全社会用电约 24210 亿度,按照明用电占全社会用电的12%计算，2007 年我国照明用电约 2905 亿度，如我国照明装置有 50%采用LED灯具（按使用节电 50%的低端产品计算），每年至少可节电 726 亿度，相当于建2个三峡电站或8至9台百万千瓦超临界燃煤发电机组， 可节约电厂建设经费近千亿元，每年节约原电煤近 1252 万吨，若以燃煤发电每瓦时排放 0.638 公斤二氧化碳计算，每年还可减少4632万吨二氧化碳排放。目前，国际上LED的研制和生产主要集中在美、欧、日等国家

3、和地区。澳大利亚决定将于2010年，停止使用普通白炽灯，取而代之的就是LED照明用品，成为世界上第一个计划禁止使用传统白炽灯的国家。然而，在国内LED照明产品的应用却起步比较艰难。统计显示，在我国LED等节能灯具普及率仍然很低，目前每年白炽灯销量仍为20亿只左右，中小城市居民白炽灯的使用比例一般在 50%以上。新型高效光源，特别是白色光源（适用于一般照明）的发展对于大幅度降低照明用电量具有很重要的作用，因为它可以降低电能消耗增长速度，进而减少新增电网容量的费用，降低能源消耗以及减少向大气中排放的温室气体及其他污染物。，特别是白色光，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优越性，受到广大专业人

4、士的青睐。它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。综合上述数据，你感觉有没有学习 LED 的必要性呢，我想你的答案是肯定的。同时我也祝贺你进入LED行业，因为你进入一个新能源的行业，一个绿色行业，一个环保的行业和一个为我们的子孙作功劳的一个行业。第二章：LED 的发展史。先让我们从光源的发展开始吧。在古希腊神话故事中， 创造了人类之神普罗米修斯为了使人们能够获得永恒的光明，不惜触怒最高之神宙斯，把能驱走黑暗，带来温暖和光明的火种偷偷带给人类，自己却受到了残酷的惩罚。这个故事不仅说明了光明对人类的重要，也反映了人类在追逐光明的道路上所付出的种种苦难。在19

5、世纪爱迪生发明电灯之前，人类实现照明的方式非常简单，那就是直接借助各种火源的直射光，例如蜡烛、油灯等等。这些发光设备虽然在人类的历史长河中点燃了漫漫岁月，却因为极低的发光效率和发光质量，只能尘封在历史的博物馆中，进入20世纪后，随着人类新工业革命的爆发，以爱迪生发明的新式白炽灯为代表的照明设备，正式成为人类生产生活中的主流发光设备。在白炽灯出现之后，人类社会的电力照明设备大致经过了三个重要的发展阶段，这三个阶段中的代表性光源分别为荧光灯、高强度气体放电灯和LED 光源。其中高强度气体放电灯由于对使用环境要求严格，成本较高，目前还不是民用领域的主流照明设备， 所以， 和我们日常生活息息相关的光源

6、设备， 也就只有白炽灯、荧光灯和LED 光源这三大类。在这三大类光源中，LED 照明技术是出现时间最晚，优点最多的一种照明技术，因此，自从 20 世纪 60 年代出现以来，伴随着近代半导体技术的发展，得到了大量的普及应用，特别是进入 21 世纪之后，由LED 照明技术衍生而出的 LED 显示技术和 LED 辅助显示技术，已经显露越来越强烈的发展势头。除了在日常电力照明领域正在普及的LED 光源， 目前在显示领域和 LED 有关的设备主要有两种： 一是直接使用 LED 成像的 LED 显示屏， 另一种就是利用 LED的优良发光特性，把 LED 作为电视背光源使用的新型液晶电视。另一种曝光率较高的

7、 OLED 显示技术，虽然只比 LED 多了一个字母，但是由于技术层面较大的差距，可以看成一类全新的显示技术，因此并不在本文的探讨范围之内。以下就是 LED 的发展史：1907年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。1936年,George Destiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最

8、终出现了“电致发光”这个术语。 二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。 60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用

9、金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生， 先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。 第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。 超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通

10、过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。 有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。 那么LED发展史到低能走多远， 不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。 第三章：什么叫 LED所谓 LED，就是发光二极管（light emitting diode）

11、,顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具 有二极管的特性。 基本结构为一块电致发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。发光二极管的结构主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入 P 区和 N 区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时， 就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。 其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。 在 LED得两端加上正向电压，电流从 LED 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。调节电流，便可以调节光的强度。可以通过改变

12、电流可以变色，这样可以通过调整材料的能带结构和带隙，便可以多色发光.还常接触到其他两类发光二极管有：LD 和 UV LED。LD（Laser Diode）半导体激光二极管，和LED类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。体积小，耦合效率高，响应速度快。LD，光线比较集中，、质量轻、寿命长、结构简单而坚固,多应用于机箱的亮化.(如右图)还有一类就是 UV LED，UV（Ultraviolet Rays）即紫外光线，从 LED 原理中我们知道，LED是在半导体 P-N 结处流过正向电流时，能以高的转换效率辐射出 2

13、00-1550m 范围包括紫外、红外和可见光谱。紫外线是肉眼看不见的,是可见紫色光以外的一段电磁辐射,波长在 10 到400nm 的范围.通常按其性质的不同又细为几下几段：真空紫外线（Vacuum UV）， 波长为 10-200nm短波紫外线（UV-C），波长为 200-290nm中波紫外线（UV-B），波长为 290-320nm长波紫外线（UV-A），波长为 320-400nm可见光（Visible light），波长为 400-760nm对于LD和UV.LED我只是简单的介绍一下,在以后的章节不会作出详细的介绍,我们重点只对普通LED进行详细介绍.第四章：LED 优势:( 一)节能 节能

14、:的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达。记者还将与普通白炽灯、螺旋节能灯及三基色荧光灯做了一番比较，结果显示：普通白炽灯的光效为，寿命小于小时，螺旋节能灯的光效为，寿命小于小时，荧光灯则为，寿命大约为小时，而直径为毫米的白光为，寿命可大于小时。有人还预测，未来的寿命上限将无穷大。一般人都认为，节能灯可节能是伟大的创举，但比节能灯还要节能，这是固体光源更伟大的改革。除此之外，还具有其他优势，光线质量高，基本上无辐射，属于典型的绿色照明光源；可靠耐用，维护费用极为低廉等等。正因为具有以上其他固体光 源还无法匹敌的特点，年后将是照明行业的主流光源。( 二)环保 环保 :LED在生产过程中不

15、要添加“汞” ，也不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输,非常环保,被称为”绿色能源。第 12 页( 三)寿命非常长 寿命非常长 : : 普遍在 5 万-10 万小时之间， 因为LED是半导体器件,即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命( ( 四 四) .LED元件的体积非常小 元件的体积非常小 ：更加便于各种设备的布置和设计，而且能够更好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果( 五) LED的发出的光线能量集中度很高 的发出的光线能量集中度很高 ：集中在较小的波长窗口内，纯度高。( 六).LED响应时间非常快 响应时间非常快 ：在微秒级别,只要开关一开,马上

16、就会亮,不会出现延迟的和闪烁的现象( 七).LED的发光指向性非常强 的发光指向性非常强 ：亮度衰减比传统光源低很多。( 九)LED使用低压直流电即可驱动 使用低压直流电即可驱动 ：具有负载小、干扰弱的优点,对使用环境要求较低。( 十) 能够较好地控制发光光谱组成 能够较好地控制发光光谱组成 ：从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明.( 十一) 可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小 ：从而发出各种颜色的光线，且彩度更高，（十二）显色性高： 不会对人的眼睛造成伤害。但是作为一个新兴的技术领域， 半导体照明行业还处于一个

17、快速发展阶段， 科技进步令我们感到欣喜，但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度，与传统的光源相比，都还不成熟不健全。 要真正实现用代替传统光源还有一段很长的路要走， 还有很多技术难题需要解决,如大功率散热和光效方面。同时也要我们 LED 的行业人事和专家一起来共同努力,让 LED 更好的为我们服务.第五章：LED 主要性能指标LED 性能指标是整个 LED 的核心部分,只有了解它的性能指标,才能深度的了解 LED,对以后产品的开发和销售也能得心应手,也是接进入 LED 行业必须了解的的东西,现在让我来给在大家进行详细的分析:(1)LED 的颜色: LED的颜色是一个很重要的一项指标

18、,是每一个LED相关灯具产品必须标明,目 前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色,在我们设计和接单的时候这个参数是千万不能忘记的(尤其是初学者).因为颜色不同,相关的参数也有很大的变化.(2)LED 的电流: LED的正向极限(IF) 电流多在 20MA,而且LED的光衰电流不能大于IF/3,大约15MA和18MA.LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比,当IF20MA时,亮度的增强已经无法用内眼分出来.因此LED的工作电流一般选在 17-19MA左右比较合理.前面所针对是普通小功率LED(0.04-0.08W)之间的LED而言,但有些食人鱼LED

19、除外(有些在 40MA左右的额定值).除着技术的不断发展,大功率的LED也不断出现如 0.5W LED (IF=150MA), 1WLED (IF=350MA),3W LED(IF=750MA)还有其它更多的规格,我不一一进行介绍,你们可以自己去查LED手册.(3)LED 的电压: 我们通常所说的是LED的正向电压,就是说LED的正极接电源正极,负极接电源负极. 电压与颜色有关系，红、黄、黄绿的电压是 1.8-2.4v之间。白、蓝、翠绿的电压是 3.0-3.6v之间,可能同样一批LED的电压会有一些差异,要根据厂家提供的为准.在外界温度升高时，VF将下降.在外界温度升高时，VF将下降.(4)L

20、ED 的反向电压VRm： ： 所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏(5)LED 的色温: 以绝对温度 K 来表示， 即将一标准黑体加热， 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。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时， 对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。 仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力， 或在该光源下物体颜色的再现如何。不同光源环境的相关色温度。光源 色温北方晴空 8000-8500

21、k阴天 6500-7500k夏日正午阳光 5500k金属卤化物灯 4000-4600k下午日光 4000k冷色营光灯 4000-5000k高压汞灯 3450-3750k暖色营光灯 2500-3000k卤素灯 3000k钨丝灯 2700k高压钠灯 1950-2250k蜡烛光 2000k光源色温不同，光色也不同： 光源色温不同，光色也不同，色温在 3000k 以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在 3000k-5000k 为中间色温，有爽快的感觉；色温在 5000k 以上有冷的感觉。(6): 发光强度（I 、Intensity ）: 单位坎德拉，即cd。光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定

22、义为光源在该方向的(发)光强(度)，发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是 15000 的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此 15000mcd就是 15cd。之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如 1984 年标准 5mm

23、的LED其发光强度才 0.005cd， 因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。另外，同样的管芯LED，直径 5mm的I值就比 3mm的大一倍多，但只有直径 10mm的 1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。(7) LED 光通量（F ，Flux ）: 单位流明，即lm。光源在单位时间内发射出的光量称

24、为光源的发光通量.。 同样， 这个量是对光源而言， 是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射） ，则 F = 4I。也就是说，若光源的I为 1cd，则总光通量为 4 =12.56 lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的

25、，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的 555nm的黄绿光， 1W = 683 lm， 也就是说， 1W的功率全部转换成波长为 555nm的光，为 683 流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对 555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如 650nm的红色，1W的光仅相当于 73 流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。那我现在对常用白光 LED 流明列举出来,供大家参考：0.06W3-5LM, 0.2W13-15LM,1W60-80LM。（

26、 （8 ）LED 光照度（E ，Illuminance ）: 单位勒克斯即lx（以前叫lux） 。1 流明的光通量均匀分布在 1 平方米表面上所产生的光照度.这个参数我们平常用得不是很多，我们在这里不作详细的介绍。（ （9 ）显色性:光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显

27、色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=23 ，荧光灯管显色指数 Ra=6090 。 显色分两种：忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 (Ra) 高的光源，其数值接近100 ，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果（ （10）眩光： ）眩光： 视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。（ （11 ）LED 的使用寿命：LED 在一般说明中，都是可以使用 50,000 小时以上，还有一些生产商宣称其 LED 可以运作 100,000 小时左右。这方面主要的问题是，LED 并不是

28、简单的不再运作而已，它的额定使用寿命不能用传统灯具的衡量方法来计算。实际上，在测试 LED 使用寿命时，不会有人一直呆在旁边等着它停止运作。不过，还是有其他方法来测算 LED 的使用寿命。LED 之所以持久，是因为它不会产生灯丝熔断的问题。LED 不会直接停止运作，但它会随着时间的流逝而逐渐退化。有预测表明，高质量 LED 在经过 50,000 小时的持续运作后，还能维持初始灯光亮度的 60%以上。假定 LED 已达到其额定的使用寿命，实际上它可能还在发光，只不过灯光非常微弱罢了。要想延长 LED 的使用寿命，就有必要降低或完全驱散 LED 芯片产生的热能。热能是 LED 停止运作的主要原因。

29、LED的寿命与 LED 的芯片和 LED 驱动有关,我将在针对提高LED寿命进行详细的解说.（ （12 ）LED发光角度： 发光角度： 二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制，有三大类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。发光角度 520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其发光角度为 2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，发光角度为 4590或更大，散射剂的量较大。LED 的发光角度是 LED 应用产品的重要参数，请各位勿必重视这个参数。以上就

30、是主要的和常用的 LED 参数，供大家学习，这些参数在以后产品应用中极为重要，请一定要了解和应用。第六章：LED 产品的分类：LED产品分类很多，我们简单地来看看分类方法。LED根据发光管发光颜色、发光管出光面特徵、发光管结构、发光强度和工作电流、芯片材料、功能等标准有不同的分类方法。下面简单介绍前六种分类方法。1、根据发光管发光颜色分类 、根据发光管发光颜色分类根据发光管发光颜色的不同，可分成红光、橙光、绿光（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含 2 种或 3 种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。2 、根据发光管出光面特徵分类根据发光管出光面特徵的不同，可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、 4.4mm、 5mm、 8mm、 10mm及20mm等。 国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且