LED的光学原理

2013年9月30日 22:28
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在电灯发明100多年之后,照明技术的进步使电灯也面临着严重的威胁。为了实现从传统的电灯照明到LED(Light-emitting diode,发光二极管)照明的过渡,主要的光源制造商正在加强和LED制造商的联合。

LED的光学原理
我们知道,发光是一种能量转换现象。当系统受到外界激发后,会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时,如果多余的能量以光的形式辐射出来,就产生发光现象。半导体发光二极管利用注入PN结的少数载流子与多数载流子复合,从而发出可见光,是一种直接把电能转化为光能的发光器件。从半导体中得到电致发光。在20世纪60年代中期,首先出现了商用化的红色发光二极管。
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。发光二极管有许多的优点:工作电压低,耗电量少;性能稳定,寿命长(一般为10 万到1000万小时);抗冲击,耐振动性强;重量轻,体积小,成本低。
目前的发光二极管主要用于显示器件和短距离、低速率的光纤通信用光源,如各种仪器仪表指示器的文字、数字及其他符号的显示等。由于亮度和颜色等原因,目前LED还不能用于通用的照明,而这正是LED未来的一个非常重要的发展方向。

白色LED的效率
无论我们选择哪一种方法来产生白光,如果想取代电灯泡,所采用的LED灯必须可以发出更多的光,必须具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的电能消耗可以产生10个流明(用来测量光强的单位)的照明,与白炽灯泡的效率相当。白光LED大约有10%的电能转化为光能,而白炽灯泡的转化效率是7%-8%。但是,白色LED显然要比白炽灯泡昂贵得多。

LED必将是未来的照明设备
但是,LED如果想要在照明市场上占领较大的份额,就必须能发出适当色调的光。众所周知,白炽灯泡具有非常强的黄色光成分,给人一种温暖的感觉。但是白荧光粉、LED发出的白光明显带有蓝色光成分。在这种白光LED照明下,一切看起来都不太自然,与白天的情况相差太大。但是,技术正在不断进步。将来,你可以随手调节刻度盘以得到你认为最适宜的照明状态。


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