发光二极管是什么

小白QA2020-04-13 13:43:18阅读(...)

发光二极管简称为LED,是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。

发光二极管简称为 LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。

发光二极管是什么

当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管 OLED 和无机发光二极管 LED。

简介

发光二极管是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。

这种电子元件早在 1962 年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等;随着技术的不断进步,发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明。

工作原理

发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子,在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于 5 伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

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 PN 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。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。

LED 灯特点

LED 灯就是发光二极管,是采用固体半导体芯片为发光材料,与传统灯具相比,LED 灯节能、环保、显色性与响应速度好。

(一)节能是 LED 灯最突出的特点

在能耗方面,LED 灯的能耗是白炽灯的十分之一,是节能灯的四分之一。这是 LED 灯的一个最大的特点。现在的人们都崇尚节能环保,也正是因为节能的这个特点,使得 LED 灯的应用范围十分广泛,使得 LED 灯十分的受欢迎。

(二)可以在高速开关状态工作

我们平时走在马路上,会发现每一个 LED 组成的屏幕或者画面都是变化莫测的。这说明 LED 灯是可以进行高速开关工作的。但是,对于我们平时使用的白炽灯,则达不到这样的工作状态。在平时生活的时候,如果开关的次数过多,将直接导 致白炽灯灯丝断裂。这个也是 LED 灯受欢迎的重要原因。

(三)环保

LED 灯内部不含有任何的汞等重金属材料,但是白炽灯中含有,这就体现了 LED 灯环保的特点。现在的人都十分重视环保,所以,会有更多的人愿意选择环保的 LED 灯。

(四)响应速度快

LED 灯还有一个突出的特点,就是反应的速度比较快。只要一接通电源,LED 灯马上就会亮起来。对比我们平时使用的节能灯,其反应速度更快,在打开传统灯泡时,往往需要很长的时间才能照亮房间,在灯泡彻底的发热之后,才能亮起来。

(五)相较于其他的光源,LED 灯更“干净”

所谓的“干净”不是指的灯表面以及内部的干净,而是这个灯是属于冷光源的,不会产生太多的热量,不会吸引那些喜光喜热的昆虫。特别是在夏天,农村的虫子会特别的多。

有的虫子天性喜热,白炽灯和节能灯在使用一段时间之后都会产生热量,这个热量正好是虫子喜欢的,就容易吸引虫子过来。这无疑会对灯表面带来很多的污染物,而且,虫子的排泄物还会使得室内变得很脏。但是,LED 灯是冷光源,不会吸引虫子过来的,这样,就不会产生虫子的排泄物。所以说,LED 灯更加的 “干净”。

相关参数

LED 的光学参数中重要的几个方面就是:光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长。

发光效率和光通量

发光效率就是光通量与电功率之比,单位一般为 lm/W。发光效率代表了光源的节能特性,这是衡量现代光源性能的一个重要指标。

发光强度和光强分布

LED 发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱,由于 LED 在不同的空间角度光强相差很多,随之而来我们研究了 LED 的光强分布特性。这个参数实际意义很大,直接影响到 LED 显示装置的最小观察角度。比如体育场馆的 LED 大型彩色显示屏,如果选用的 LED 单管分布范围很窄,那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。

波长

对于 LED 的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良,而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色 LED 等主要的颜色是否纯正。因为在许多场合下,比如交通信号灯对颜色就要求比较严格,不过据观察我国的一些 LED 信号灯中绿色发蓝,红色的为深红,从这个现象来看我们对 LED 的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。

主要分类

发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。

LED 的控制模式有恒流和恒压两种,有多种调光方式,比如模拟调光和 PWM 调光,大多数的 LED 都采用的是恒流控制,这样可以保持 LED 电流的稳定,不易受 VF 的变化,可以延长 LED 灯具的使用寿命。

应用

20 世纪 90 年代 LED 技术的长足进步,不仅是发光效率超过了白炽灯,光强达到了烛光级,而且颜色也从红色到蓝色覆盖了整个可见光谱范围。这种从指示灯水平到超过通用光源水平的技术革命导致各种新的应用,诸如汽车信号灯、交通信号灯、室外全色大型显示屏以及特殊的照明光源。

随着发光二极管高亮度化和多色化的进展,应用领域也不断扩展.从下边较低光通量的指示灯到显示屏,再从室外显示屏到中等光通量功率信号灯和特殊照明的白光光源,最后发展到右上角的高光通量通用照明光源。2000 年是时间的分界线,在 2000 年已解决所有颜色的信号显示问题和灯饰问题,并已开始低、中光通量的特殊照明应用,而作为通用照明的高光通量白光照明应用,似乎还有待时日,需将光通量进一步大幅度提高方能实现。当然,这也是个过程,会随亮度提高和价格下降而逐步实现。

发光二极管封装件的散热

在半导体照明装置中,通常采用高功率高亮度的发光二极管(LED)作为光源,当在发光二极管中通以电流时,电 子与空穴会直接复合,从而释放能量发光,其具有功耗小、使用寿命长等优点,在照明领域应用广泛。然而,目前的光电转换效率较低,有很大比重转化为热能,故 LED 芯片上的功率密度很大。大的功率密度对器件的散热也提出了高的要求,发光二极管中封装件散热问题已成为影响其产业化发展的重大问题。

散热冷却方式

LED 的散热机构一般有这几种形式:

1.利用热传导金属或散热鳍片与 LED 封装件贴合散热。

2.加装风扇强制散热。

3.在封装件中设置流通液体散热。

4.热管在封装件中的结合,利用热管内工作介质相变时可吸收或散发热能。

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