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C1.2LED工作原理 1LED与传统光源的不同发光机理 1）传统光源的发光机理 热辐射（白炽灯）：灯丝加热到白炽的程度，利用热辐射发出可见光。（其伴随高温和大的斯托克斯位移，能量损失大。） 2）LED的发光机理 LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。一般的LED多以Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体为材料。 根据两类元素的带隙和晶格常数，可推断出这些材料的发光范围覆盖了红光到紫外区域。 （红光LED的主要材料AlGaInP， 蓝绿光及紫外LED的主要材料AlGaInN。 虽然Ⅱ-Ⅵ族材料也可以得到红光和绿光，但极不稳定，所以目前使用的发光材料大部分是Ⅲ-Ⅴ族。） LED发光机理 LED的发光效率与材料是否是直接带隙或间接带隙有很大关系。 直接带隙材料发光效率要高。 直接带隙材料电子与空穴复合，其发光跃迁有多种可能性：带间复合、自由激子相互抵消以及能带势能波动局部束缚激子的复合。 半导体材料本身内部固有属性。 半导体材料进行掺杂，则会在带隙中产生施主及受主能级，因而会产生新的复合发光：受主与导带复合、施主与价带复合、施主与受主复合、激子再复合。 当电子与空穴复合而产生光时，这些光被称为自发辐射（Spontaneous Emission），其光的方向如图5(a)所示，是多方向的，这是发光二极管的发光特性。但是，如果发出的光是激发辐射（Stimulated）的，如图5(b)所示其方向一致，则此种元件被称为半导体激光二极管（LD ：Laser Diode）。目前要得到高功率LED就是要得到非常高的自发辐射。 要得到高的内部量子效率，一部分与结构有关，简单的pn结用同质结构（Homo-Structure）不易得到高效率，因为pn结材料间折射率之差低，光的阈值也低，其结果如图7(a)所示。用图7(b)所示的双异质结构（DH：Double-Hetero Structure），可以提高效率。在双异质结构中，pn结材料与中间活性层（Active Region）的材料不同，带隙较高，可以得到较高的折射率之差，所辐射的光不但强而且半高宽较窄，如图7(b)所示，所以此种结构已完全取代同质结构。 2白光LED的实现方法 通过荧光粉转换得到白光 二基色荧光粉转换白光LED（蓝色LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉（YAG）有机结合组成白光LED。一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光。发射的黄光和剩余的蓝光混合，调控它们的强度比即可得到各种色温的白光。） 三基色荧光粉转换白光LED（发紫外光LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光体有机结合组成白光LED。） 不同颜色的LED芯片封装一起，多芯片混合发白光。（将红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，混合后得到白光。避免了荧光粉在光转化过程中能量的损耗，可以得到较高的光效；并且可以控制不同光色LED的光强，达到全彩色效果。） C1.3LED衬底材料与制造技术 1LED对外延材料的基本要求 由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上，LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。发光二极管对外延片的技术主要有以下四条： ①禁带宽度适合。 ②可获得电导率高的P型和N型材料。 ③可获得完整性好的优质晶体。 ④发光复合几率大。 2LED几种主要的外延材料 InGaAlP化合物半导体 氮化镓GaN 氧化锌ZnO 3优化芯片发光层能带结构 设计不同的发光层结构， 可以提高LED的光效。 减小电流 结温：指PN结的温度。结温是直接影响LED的工作特性的参数，结温越低，光效越 寿命越长。 热阻：PN结到壳体表面的热阻。它是表示LED散热性能好坏的参数，热阻越小，热越 容易从PN结导出。 C2 灯具设计 2.1 1光输出比和灯具效率 (1)欧洲称光输出比,美国称灯具效率; (2)数值上等于:灯具光输出/裸光源的光输出; (3)按效率的涵义,灯具内光源的光输出应该与裸光源的光输出相同时才称效率; (4)实际上灯具内光源发出的光通量往往大于裸光源的光通量. 概念上的效率 包角:反射器包围住光源的角度,往往只指在一个平面上的角度,仅应用于对称反射器和柱面反射器.对于对称的只用半个角度θ,不对称的用全部角度θ. 角度规定对光源射向反射器侧的光线用θ和φ,对反射器射出侧