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LED基础知识

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LED基础知识

发布日期:2013-11-27 作者: 点击:

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1.什么是LED


LED英文全称light emitting diode,是一种固体发光器件,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,从而把电能直接转化为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二级管,通称LED。


2.LED的基本发光原理


当在LED两端施加正向电压后,P区的空穴和N区的电子向禁带区移动,电子空穴在禁带区结合,释放能量部分能量以光的形式释放出来。外部会不段的从N区注入电子,由P区注入空穴,使的电子、空穴结合而发光的动作持续进行。


3.LED的发展


自1962年第一颗红光LED问世以来,黄绿光,绿光,黄光LED便相继登台,并迅速提升亮度。1995年第一颗蓝光LED问世从此实现了LED的全彩世界,LED的应用越来越广。到了1997年全世界第一颗白光问世后,预示着一场照明革命正悄然展开。


4.LED光源的特点


? ? 1.电压: LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。


  2. 效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少 80%


  3. 适用性:很小,每个单元 LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境


? ? 4. 稳定性: 10万小时,光衰为初始的50%


? ? 5. 响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级, LED灯的响应时间为纳秒级


? ? 6. 对环境污染:无有害金属汞


? ? 7. 颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色


? ? 8.价格:LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300~500只二极管构成


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光度学与光相关的常用量有4个:发光强度、光通量、照度、亮度。


1、发光强度(I、Intensity),单位坎德拉,即cd。


定义:光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度),


2、光通量(F,Flux),单位流明,即lm。


定义:光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量


3、光照度(E,Illuminance),单位勒克斯即lx(以前叫lux)。


定义: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


4、亮度(L,Luminance),单位尼特,即nt。


定义:单位光源面积在法线方向上,单位立体角内所发出的光流


5.LED有哪些优点


LED光源的基本特征

? ? 1、发光效率高

? ? LED经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦,荧光灯50~70流明/瓦,钠灯90~140流明/瓦,大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50~200流明/瓦,而且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可直接发出有色可见光。目前,世界各国均加紧提高LED光效方面的研究,在不远的将来其发光效率将有更大的提高。

? ? 2、耗电量少

? ? LED单管功率0.03~0.06瓦,采用直流驱动,单管驱动电压1.5~3.5伏,电流15~18毫安,反应速度快,可在高频操作。同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯泡的八分之一,荧光灯管的二分之一、日本估计,如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例,同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有8瓦,而且可以七彩变化。

? ? 3、使用寿命长

? ? 采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和震动,不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5~10年,可以大大降低灯具的维护费用,避免经常换灯之苦。

? ? 4、安全可靠性强

? ? 发热量低,无热辐射,冷光源,可以安全触摸:能精确控制光型及发光角度,光色柔和,无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度,调整发光方式,实现光与艺术结合。


? ? 5、有利于环保

? ? LED为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,易开发成轻便薄短小型照明产品,也便于安装和维护。

当然,节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因,也许LED光源要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获得4~9年中每年几倍的节能净收益期。


? ? 6.光色纯:与白炽灯全频段光谱不同,典型的LED光谱狭窄,发出的光线很纯。


? ? 7.应用灵活:体积小、可平面封装、易开发成轻薄短小产品、做成点、线、面各种形式的应用产品。


? ? 8.控制灵活:通过调整电流可以调光,不同光色组合可以调色,加上时序控制电路,可以达到多样的动态效果。


6.LED为何寿命长


白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的,经过相当长时间的加热,钨丝就会老化甚至烧断,至此,白炽灯泡的寿命也就此告终了,而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的,二极管主要由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和多数载流子复合时,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。由此可见二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的,不存在老化和烧断的现象,其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5-10万个小时。


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