关于led光学性能探究概述

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1、关于LED光学性能探究概述　　摘要：发光二极管(LED)由于具有工作电压低、功耗低、色彩丰富、价格低以及对环境污染少等优点,受到广泛的欢迎。本文对LED的光学性能及发光原理做一个简单的介绍。关键词：LED光学特性光谱特性中图分类号：O43文献标识码：ALED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。其所具有的耗电量小、寿命长、体积小、无污染、易集成化等特点，使之在全球能源紧缺的今天，有着广泛的应用和良好的发展前景。LED光源特征（1）发光效率高。LED经过几十年的技术改进，其发光效率有了很大的提升，白炽灯

2、的光效率为12～24lm/W，荧光灯为50～70lm/W，而LED的光效率可达120lm/W。LED灯具技术飞速发展，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断降低。一个白光LED灯具进入家庭的时代正在向我们走来[1]。（2）耗电量少。LED的电能利用率高达80%，由于LED是冷光源，与目前普遍使用的白炽灯、荧光灯相比，节电效率非常明显：同样的亮度，白光LED的能耗为白炽灯的16/10，节能灯的1/4。（3）使用寿命长。LED是半导体元件，与白炽灯不同，它没有玻璃、钨丝等易损部件，故障率极低。LED灯具的使用寿命可达100000

3、h以上，为一般光源的几倍甚至几十倍，对普通家庭照明可谓“一劳永逸”。（4）安全性好。LED照明属于绿色照明光源，发热量低，属于冷光，可以安全触摸，光色柔和，无眩光，不含汞等危害健康的元素。LED采用直流低压供电，安全可靠。LED是固体发光光源，抗震性能好，牢固可靠绿色环保，可以工作在高速状态下。LED不受启动温度限制，可暂态启动，而且暂态能达到全光通量输出。（5）色彩丰富。LED灯发出的光纯度高，色彩鲜艳丰富。目前LED产品几乎覆盖了整个可见光谱范围，且色彩纯度高，动态的色彩可控制，明暗可调，三原色的LED组合可采用PWM控制实现

4、颜色的变化。2、LED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lightemittingdiode（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。6LED结构图如图1所示[2]。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

5、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。这就是LED发光的原理。图1LED结构图图2LED光谱分布图3、LED光谱特性LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布等[3]。LED的光谱特性决定了其单色性的优劣和其主颜色的纯度，LED所发出的光并不是

6、单一波长，其光谱分布如图2所示。LED所使用的材料种类及其结构等因素决定了光谱分布的对称性与否。尽管不同LED曲线的波长范围和形状不同，但都有一个相对发光强度的峰值，与该峰值对应的波长称为峰值波长。峰值波长并不是只有一个，只有单色光才有峰值波长，对于有些6LED，它所发出的光并不是单一颜色，所以，引入主波长的概念。，即使有多个峰值波长的光，主波长只有一个，它是指LED发出的主要单色光中能被人眼观察到的波长。LED单色光发射的光谱是典型的线光谱，其峰值波长取决于所用发光材料的禁带宽度，用公式可以表示为：式中：λp为峰值波长，单位为纳

7、米（nm）；Eg为禁带宽度，单位为电子伏(eV)在LED谱线峰值两侧，存在发光强度等于峰值一半的两个点（如图2中A点和B点），这两个点之间的宽度叫做光谱半宽度，亦称谱线宽度或半高宽度。用表示，单位为。对于一个LED器件，其光谱半宽度通常为10-30，半宽度越小，说明LED器件的材料越纯，性能越均匀，晶体的完整性也越好。4、LED的配光特性光强是衡量LED性能优劣的另一个重要参数，配光是指光源在空间各个方向的光强分布情况，是LED光源特性的反映。根据封装结构的不同，LED具有不同的配光特性，图3为常用功率型LED的配光分布曲线[4]

8、。实际照明设计时，需要针对指定光源的配光特性，进行相应透镜的配光设计。LED6的发光分布大致有蝠翼型、朗伯型、侧发光型和准直型四种类型，由图3可以看出。其中，绝大多数的LED光源具有类朗伯型的发光特性，即扩展光源的亮度不随角度的变化而变化。根据亮度