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北京旭輝照明工程有限公司
2024-01-09 09:17:53








照明原理
LED光源的LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-V特性,即正向?qū)?,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的,那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光,或者先被發(fā)光中心捕獲后,再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外,還有些電子被非發(fā)光中心(這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復(fù)合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大,光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的,所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明,光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料帶隙Eg有關(guān),即 λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產(chǎn)生可見光(波長(zhǎng)在380nm紫光~780nm紅光),半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26~1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光。已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管,但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高,使用不普遍。


(1)允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發(fā)熱、損壞。
(2)最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。
(3)最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。
(4)工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發(fā)光二極管將不能正常工作,效率大大降低。
不改變材質(zhì)的前提下,在LED的極限范圍內(nèi),提高亮度的手段就是提高電流,隨著電流升高,LED發(fā)熱量會(huì)劇增。使用過LED光源便攜投影機(jī)的,或微投的朋友,一定都深有體會(huì),LED光源的投影機(jī),非常熱,而且普遍會(huì)有明顯的噪音。這些產(chǎn)品,機(jī)身小是一方面,關(guān)鍵還是其自身發(fā)熱量較大所致。
隨著功率的增加,LED的散熱問題顯得越來越突出,大量實(shí)際應(yīng)用表明,LED不能加大輸入功率的基本原因,是由于LED在工作過程中會(huì)放出大量的熱,使管芯結(jié)溫迅速上升,熱阻變大。輸入功率越高,發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能變化與衰減,非輻射復(fù)合增加,器件的漏電流增加,半導(dǎo)體材料缺陷增長(zhǎng),金屬電極電遷移,封裝用環(huán)氧樹脂黃化等等,嚴(yán)重影響LED的光電參數(shù)。甚至使功率LED失效。因此,對(duì)于LED器件,降低熱阻與結(jié)溫、對(duì)發(fā)光二極管的熱特性進(jìn)行研究顯得日趨重要。


(一)節(jié)約能源:LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,其發(fā)光效率可達(dá)80―90%。筆者還將LED燈與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈做了一番比較,結(jié)果顯示:普通白熾燈的光效為12lm/w,壽命小于2000小時(shí),螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/w,壽命小于8000小時(shí),T5熒光燈則為96Alm/w,壽命大約為10000小時(shí),而直徑為5毫米的白光LED為20―28lm/w,壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測(cè),未來的LED壽命上限將無窮大。


一般人都認(rèn)為,節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉,但LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4,這是固體光源更偉大的改革。除此之外,LED還具有其他優(yōu)勢(shì),光線質(zhì)量高,基本上無輻射,屬于典型的綠色照明光源;可靠耐用,維護(hù)費(fèi)用極為低廉等等。正因?yàn)長(zhǎng)ED具有以上其他固體光源還無法匹敵的特點(diǎn),10年后LED將是照明行業(yè)的主流光源。


波長(zhǎng):光的色彩強(qiáng)弱變化,是可以通過數(shù)據(jù)來描述,這種數(shù)據(jù)叫波長(zhǎng)。我們能見到的光的波長(zhǎng),范圍在380至780nm之間,單位:納米(nm)。
亮度:亮度是指物體明暗的程度,定義是單位面積的發(fā)光強(qiáng)度,單位:尼特(nit)。
光強(qiáng):指光源的明亮程度,也即表示光源在一定方向和范圍內(nèi)發(fā)出的可見光輻射強(qiáng)弱的物理量,單位:燭光(cd)。
光通量:光源每秒鐘所發(fā)出的可見光量之總和,單位:流明(Lm)。
光效:光源發(fā)出的光通量除以光源的功率,它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo),單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對(duì)物體呈現(xiàn)的程度,也就是顏色的逼真程度,通常叫做"顯色指數(shù)",室內(nèi)顯色性通常表示為Ra,以數(shù)值表示,Ra100為日光下的顯色性。
色溫:光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí),黑體的溫度稱為該光源的色溫,只有白光才有色溫, 單位:開爾文(k)。




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張衍坤
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