LED如何工作及光学介绍.docx

LED如何工作及光学介绍 导读：LED技术，在照明应用领域里有一个常用的专用名词，被称为固态照明(SSL：solid state lighting)。这是因为区别于白炽灯的照明原理(发光是通过热辐射在可见光谱的部分来实现)，固态照明所指的技术是以固态的场致发光来实现。 标签： HYPERLINK /news/tags_%e5%85%89%e5%ad%a6%e8%ae%be%e8%ae%a1.htm \t _blank 光学设计?? HYPERLINK /news/tags_%e7%99%bd%e5%85%89LED.htm \t _blank 白光LED?? HYPERLINK /news/tags_LED%e5%85%89%e5%ad%a6.htm \t _blank LED光学?? HYPERLINK /news/tags_%e5%85%89%e9%80%9a%e9%87%8f.htm \t _blank 光通量?? HYPERLINK /news/tags_%e5%85%89%e5%bc%ba%e5%88%86%e5%b8%83%e6%9b%b2%e7%ba%bf.htm \t _blank 光强分布曲线?? 　　1. LED基础 　　1.1 LED工作原理 　　顾名思义，发光二极管(LED)是一种可以发出特定波长(颜色)光线的半导体器件。如同其它的半导体芯片, LED的半导体芯片(LED的实际发光单元)也会以塑料或者陶瓷进行封装。当然，一个封装当中可以存在一个，也可以是多个芯片。当LED处于正向导通(打开)时，电子会与空穴复合，同时以光子的形式释放能量(如图1.1.1所示)。这一效应通常被称作为场致发光。 　　 图1.1.1 当LED被激发，电子和空穴复合，同时，能量以特定波长(颜色)的光子形式释放 　　LED技术，在照明应用领域里有一个常用的专用名词，被称为固态照明(SSL：solid state lighting)。这是因为区别于白炽灯的照明原理(发光是通过热辐射在可见光谱的部分来实现)，固态照明所指的技术是以固态的场致发光来实现。 　　白光LED的工作原理 　　最常见办法是使用单色LED(多数为铟镓砷工艺的蓝光LED)配合不同颜色的荧光粉来实现白光，对应的LED被称作为荧光粉白光LED. 高亮度LED(HB LED)所激发的蓝光一部分通过荧光层转化为黄光，另一部分直接以蓝光方式穿过荧光层。最终，蓝光和黄光的混合构成了白光。 　　 图1.1.2 a)：常见的基于荧光粉的高亮白光LED的内部结构 　　 图1.1.2 b)： 空穴与电子复合产生的蓝光光子 　　 图1.1.2 c)：蓝光的一部分直接通过???光粉层，另外的部分在通过荧光粉层时被转化为黄光 　　 图1.1.2 d)：蓝光和黄光部分混合在一起得到白光 　　基于荧光粉的白光LED的光谱分析中，我们可以很清楚的看到LED所直接激发的蓝光部分以及相对较宽光谱分布由荧光粉激发的黄光部分。 　　 图1.1.3 蓝光与黄光混合可以得出白光，牛顿色散实验证实了这一现象。 　　2. LED 光学 　　2.1 介绍 　　光学是物理学的一个分支，它研究光的特性和行为，包括光与物体的相互作用、用光仪器和测光仪器的构建。 　　灯具是一种用来改变光源光分布、使光漫射或者改变光谱成分的装置，实现这一目的需要使用为特定光源设计制造的光学元件(反射器、漫射器、透镜等)和辅助部件(插座、引线、启辉器、镇流器等)。灯具中还包含用来固定和保护光源及线路附件的部分。 　　 图2.1.1：简化的LED灯具功能组合 　　光学元件 　　光学元件的主要功能是改变光源光通量强度分布和(或)使光漫射、改变其光谱成分。不同几何结构的光学元件能产生不同的光强分布曲线(LIDC)。 　　使用光学元件的目的: 　　改变光源光通量的分布，规束它或者打散它; 　　减少观察者能够感受到的一定角度内的亮度–限制眩光; 　　改变光源发射的光谱–滤光。 　　光强分布曲线——LIDC 　　近似点光源在各方向的光强度进行测量，用矢量在以光源为中心的空间中加以标注，再将各个矢量的终点连接，就能得到该平面的光亮度表面(注：这是一个3D表面)。在计算中，通常只需要知道3D表面中几个特定截面的数值分布就够了，这些截面通常都是通过光源中心的。这样，我们就得到了极坐标下的光强分布曲线。 　　 图2.1.2：标准(EN13032-1)光强分布曲线截面体系。 　　LIDC通常显示在一个通过光源或灯具中心的平面上。最常用的光束面是C-γ(注：意即我们常说的C平面)，它的轴线垂直于灯具的主出光面。 　　制作光强分布曲线图时，光强度值统一按1000lm的光源光通量来表示，这是为了使灯具的光强分布曲线不受所用光源的光通量的影响