LED的光學原理

在電燈發(fā)明100多年之后，照明技術(shù)的進步使電燈也面臨著嚴重的威脅。為了實現(xiàn)從傳統(tǒng)的電燈照明到LED(Light－emitting diode，發(fā)光二極管)照明的過渡，主要的光源制造商正在加強和LED制造商的聯(lián)合。 　　LED的光學原理 　　我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)。當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，如果多余的能量以光的形式輻射出來，就產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。半導(dǎo)體發(fā)光二極管利用注入PN結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合，從而發(fā)出可見光，是一種直接把電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件。從半導(dǎo)體中得到電致發(fā)光。在20世紀60年代中期，首先出現(xiàn)了商用化的紅色發(fā)光二極管。 　　發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。當在電極上加上正向偏壓之后，使電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當非平衡少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉(zhuǎn)化為光能。其發(fā)光過程包括三個部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。發(fā)光二極管有許多的優(yōu)點：工作電壓低，耗電量少；性能穩(wěn)定，壽命長(一般為10 萬到1000萬小時)；抗沖擊，耐振動性強；重量輕，體積小，成本低。 　　目前的發(fā)光二極管主要用于顯示器件和短距離、低速率的光纖通信用光源，如各種儀器儀表指示器的文字、數(shù)字及其他符號的顯示等。由于亮度和顏色等原因，目前LED還不能用于通用的照明，而這正是LED未來的一個非常重要的發(fā)展方向。 　　白色LED的效率 　　無論我們選擇哪一種方法來產(chǎn)生白光，如果想取代電燈泡，所采用的LED燈必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的電能消耗可以產(chǎn)生10個流明（用來測量光強的單位）的照明，與白熾燈泡的效率相當。白光LED大約有10%的電能轉(zhuǎn)化為光能，而白熾燈泡的轉(zhuǎn)化效率是7%－8%。但是，白色LED顯然要比白熾燈泡昂貴得多。 　　LED必將是未來的照明設(shè)備 　　但是，LED如果想要在照明市場上占領(lǐng)較大的份額，就必須能發(fā)出適當色調(diào)的光。眾所周知，白熾燈泡具有非常強的黃色光成分，給人一種溫暖的感覺。但是白熒光粉、LED發(fā)出的白光明顯帶有藍色光成分。在這種白光LED照明下，一切看起來都不太自然，與白天的情況相差太大。但是，技術(shù)正在不斷進步。將來，你可以隨手調(diào)節(jié)刻度盤以得到你認為最適宜的照明狀態(tài)。