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LED的光学原理
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LED的光学原理

2021-05-08 11:32:02 来源:我的煤炭网 点击:440

【哔(bi)哥哔(bi)特导(dao)读】白光LED每瓦特的电能(neng)(neng)消耗可以(yi)产生10个流明(用(yong)来测量光强的单位)的照明,与白炽灯泡(pao)的效率(lv)相当。白光LED大约有10%的电能(neng)(neng)转(zhuan)(zhuan)化为光能(neng)(neng),而白炽灯泡(pao)的转(zhuan)(zhuan)化效率(lv)是(shi)(shi)7%-8%。但是(shi)(shi),白色LED显然要比白炽灯泡(pao)昂(ang)贵得多。

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

LED的光学原理

我们知道,发(fa)(fa)光(guang)(guang)是(shi)一种能(neng)量转换现(xian)象。当系统受到(dao)外界激发(fa)(fa)后,会从(cong)稳定的(de)(de)低能(neng)态(tai)跃迁到(dao)不(bu)稳定的(de)(de)高能(neng)态(tai)。当系统由不(bu)稳定的(de)(de)高能(neng)态(tai)重(zhong)新回到(dao)稳定的(de)(de)低能(neng)态(tai)时,如果多(duo)余的(de)(de)能(neng)量以光(guang)(guang)的(de)(de)形式辐(fu)射出(chu)来,就(jiu)产生发(fa)(fa)光(guang)(guang)现(xian)象。半(ban)导(dao)体发(fa)(fa)光(guang)(guang)二极管(guan)利用(yong)注入PN结(jie)的(de)(de)少数载流子与多(duo)数载流子复合,从(cong)而发(fa)(fa)出(chu)可见光(guang)(guang),是(shi)一种直(zhi)接把电能(neng)转化为光(guang)(guang)能(neng)的(de)(de)发(fa)(fa)光(guang)(guang)器(qi)件。从(cong)半(ban)导(dao)体中(zhong)(zhong)得到(dao)电致发(fa)(fa)光(guang)(guang)。在20世纪60年代中(zhong)(zhong)期,首先(xian)出(chu)现(xian)了(le)商用(yong)化的(de)(de)红色发(fa)(fa)光(guang)(guang)二极管(guan)。

发(fa)(fa)光(guang)二极(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)结构主要由PN结芯片、电极(ji)(ji)和光(guang)学系统组成(cheng)(cheng)。当在(zai)电极(ji)(ji)上加上正(zheng)向偏压(ya)之后,使电子(zi)(zi)和空穴分(fen)别注入P区(qu)和N区(qu),当非平衡少数(shu)载(zai)流(liu)子(zi)(zi)与多数(shu)载(zai)流(liu)子(zi)(zi)复合时,就会以辐射光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)形式(shi)将多余的(de)(de)能量转(zhuan)化为光(guang)能。其发(fa)(fa)光(guang)过程(cheng)包括三个部分(fen):正(zheng)向偏压(ya)下的(de)(de)载(zai)流(liu)子(zi)(zi)注入、复合辐射和光(guang)能传输。发(fa)(fa)光(guang)二极(ji)(ji)管(guan)有(you)许多的(de)(de)优(you)点:工(gong)作电压(ya)低,耗电量少;性(xing)能稳定,寿(shou)命长(一般为10 万到1000万小时);抗冲击,耐振动性(xing)强;重(zhong)量轻,体积小,成(cheng)(cheng)本低。

目前的(de)(de)(de)(de)发(fa)光二极管主要用(yong)于(yu)显示(shi)器件和短距离、低速(su)率的(de)(de)(de)(de)光纤(xian)通信用(yong)光源,如各种仪(yi)器仪(yi)表指示(shi)器的(de)(de)(de)(de)文(wen)字、数字及其(qi)他符号的(de)(de)(de)(de)显示(shi)等。由于(yu)亮度和颜色等原(yuan)因,目前LED还不能用(yong)于(yu)通用(yong)的(de)(de)(de)(de)照明,而这正是(shi)LED未来(lai)的(de)(de)(de)(de)一个非常重要的(de)(de)(de)(de)发(fa)展方向。

白色LED的效率

无论我(wo)们选择哪(na)一种(zhong)方法来产生白光(guang),如果想取代电(dian)(dian)(dian)灯(deng)(deng)泡(pao),所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)LED灯(deng)(deng)必须(xu)可(ke)以发出更多的(de)(de)(de)(de)光(guang),必须(xu)具(ju)有更高(gao)的(de)(de)(de)(de)能量效(xiao)率(lv)(lv)。白光(guang)LED每瓦特的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)能消耗可(ke)以产生10个流明(用(yong)来测量光(guang)强的(de)(de)(de)(de)单位)的(de)(de)(de)(de)照(zhao)明,与(yu)白炽(chi)灯(deng)(deng)泡(pao)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)(lv)相(xiang)当。白光(guang)LED大约(yue)有10%的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)能转化(hua)为光(guang)能,而白炽(chi)灯(deng)(deng)泡(pao)的(de)(de)(de)(de)转化(hua)效(xiao)率(lv)(lv)是7%-8%。但是,白色LED显然要比白炽(chi)灯(deng)(deng)泡(pao)昂(ang)贵(gui)得(de)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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