LED照明技術(shù)的原理

LED是英文light emitting diode的縮寫(xiě)，即：光線激發(fā)二極管，屬于一種半導(dǎo)體元器件。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。打個(gè)比方，LED就像一個(gè)漢堡，可以發(fā)光的材料是夾層中的肉餅，而上下的電極就是夾肉的面包。而通過(guò)對(duì)其中發(fā)光材料的研究，人們逐漸開(kāi)發(fā)出各種光色、光效率越來(lái)越高的LED元件，但是無(wú)論怎么變化，LED總的發(fā)光原理和結(jié)構(gòu)都沒(méi)有發(fā)生太大的變化。

　　LED光源的優(yōu)點(diǎn)

　　紅光LED 白光LED統(tǒng)光源，因此自60年代誕生以來(lái)，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用。而相對(duì)于白熾燈、熒光燈等老一代發(fā)光設(shè)備，LED的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.LED在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有玻璃外殼，不需要想白熾燈或者熒光燈那樣在燈管內(nèi)抽真空或者沖入特定氣體，因此抗震、抗沖擊性良好，給生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)便利。

　　作為一種出現(xiàn)時(shí)間最晚的照明技術(shù)，LED的優(yōu)點(diǎn)不僅體現(xiàn)在發(fā)光質(zhì)量方面，在其生產(chǎn)、制造、易用性方面都要大大超越白熾燈、熒光燈等傳

　　2.LED元件的體積可以做的非常小，更加便于各種設(shè)備的布置和設(shè)計(jì)。

　　3.LED的發(fā)出的光線能量集中度很高，集中在較小的波長(zhǎng)窗口內(nèi)，純度高。

　　4.LED元件的壽命非常長(zhǎng)，普遍在5萬(wàn)-10萬(wàn)小時(shí)之間，即使是頻繁的開(kāi)關(guān)，也不會(huì)影響到使用壽命。

　　5.LED響應(yīng)時(shí)間非常快，在微秒級(jí)別。

　　6.LED的發(fā)光指向性非常強(qiáng)，亮度衰減比傳統(tǒng)光源低很多。

　　7.LED在生產(chǎn)過(guò)程中不要添加汞，非常環(huán)保。

　　8.LED使用低壓直流電即可驅(qū)動(dòng)，對(duì)使用環(huán)境要求較低。

　　LED發(fā)光設(shè)備的這些優(yōu)點(diǎn)，不僅為其在日常照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為L(zhǎng)ED進(jìn)入顯示設(shè)備領(lǐng)域打造了一條充滿希望的道路。

　　不過(guò)，LED并不是從一開(kāi)始就擁有如此之多的優(yōu)勢(shì)，也是經(jīng)過(guò)了一段較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，下面我們就去看看LED從誕生到現(xiàn)在所經(jīng)歷過(guò)的發(fā)展變遷之路。

　　LED照明技術(shù)的發(fā)展歷程

　　在LED剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，其發(fā)光的顏色和效率都比較低。當(dāng)時(shí)主要使用的發(fā)光材料是GaAsP，驅(qū)動(dòng)電流在20mA，只能發(fā)出紅色的光，而且發(fā)光效率只有0.1流明/瓦，因此亮度僅僅能夠滿足一些儀表、電器上的指示之用，并沒(méi)有得到廣泛的使用和注意。

　　而在隨后的幾十年里，一些新的發(fā)光材料被逐步引入到LED當(dāng)中，LED逐漸開(kāi)始顯露出強(qiáng)勁的發(fā)展后勁。在70年代中期，通過(guò)引入元素In和N，使得LED可以發(fā)出波長(zhǎng)為555納米的綠光、波長(zhǎng)為590納米的黃光和波長(zhǎng)為610納米的橙光，同時(shí)發(fā)光效率也提高到了1流明/瓦。到了80年代初，又出現(xiàn)了使用GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。而進(jìn)入90年代后，能發(fā)出紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)出綠光、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙色光區(qū)域(波長(zhǎng)615納米左右)的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(波長(zhǎng)為530納米)的光效也可以達(dá)到50流明/瓦。不僅超過(guò)了傳統(tǒng)的白熾燈，而且和發(fā)光效率較高的熒光燈已經(jīng)非常接近。而按照材料科學(xué)的發(fā)展速度，發(fā)光效率能達(dá)到200流明/瓦的LED也將在較快的時(shí)間內(nèi)問(wèn)世。