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1、灯具光学基础知识及田琪本理论培训教材目录一、照明相关的光学基本概念。1、光与电磁波-(1)2.光线的基本性质及几何光学的基本定理-(5卡照明相关的光学单位及术语-(4)4照明质量-(19工灯光照明设计-(246 灯光的表现方式-(23)1、国内建筑照明标准值参考GB 50034-2004-(20二、LE醛础知识。1、LEQ发光原理-2 LED的特性-05工LED的优点与缺点-694 LED的结构及分类-40工 LED的应用-36 发光二极管的检测-08编 制：审 核：(内部资料，不可外传)本培训资料如有同标准不符之处，一切以标准为准。参考标准：IEC6059&LL153,LL1598,GB70
2、002010-01-28第一部分照明相关的光学基本概念：一、光与电磁波：光是一种电磁波，它具有电磁波的特性。光波在整个电磁波谱中只站很小的一部分（见 图1.D o速度为：30X 10000 k n ,波长为7 8 g 380nm（纳米）。1纳米=10的-9次方米太阳光：波长是7 8 g 380时 纯 白 色。白炽灯：波长为7 8 g 400时缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。荧光灯：波长为7 5 g 3 1 0 g缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。图L 1电磁波频谱图常 用380-780nm表示可见光的范围二、光线的基本性质即几何光学的基本定理：(1)独 立 传 播 定 律从不同光源发出的光
3、束，以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各 光 束 独 立 传 播。彼此并没有什么相互作用，譬如斥拒或吸引等；(2)直 线 传 播 定 律在 各 向 同 性 的 均 匀 介 质 中，光 沿 直 线 传 播(光 线 是 直 线)。直线 传 播 的 例 子 是 非 常 多 的，如：日 蚀，月 蚀，影 子 等 等。(3)反射定律定义：反射光线和入射光线在同一平面、且分居法线两侧，入射角和反射大小相等，符号相反。当光线射到不同介质的界面上时，一部分光线依照反射定律返回第一介质内。(4)折射定律定义：入射光线、折射光线、通过投射点的法线三者位于同一平面，1 1 sinZ?rsin I n当光线从一
4、种介质射入另一种介质时，一部分光线即按折射定律改变方向进入第二介质;(5)全反射定律定义：光线从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。刚刚发生全反射的入射角为临界角，用Im表示。根据折射定律,wsin7,=7?sin/.H乙。=即=右=arcsm.一rr(6)光路可逆现象一条光线沿着一定的路线，从空间的A点传播到B点，如果我们在B点，按照与B点处出射光线相反的反向投射一条光线，则此反向光线必沿同一条路线通过A点，光线传播的这种现象称为光路可逆。光路可逆现象，不论在均匀介质中光线直线传播时，还是在两种均匀介质界面上发生折射与反射时都同样存
5、在。三、照明相关的光学单位及术语:(一)光的基本单位1 光通量一光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量。单位：流 明（In），符 号 ，。一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。（说明发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量）定义：悔杪神光源发出光的总和 位:渔明In符5 0B50*冷光杯3801mI8H节能灯12001m3 6,烫光灯(840)33501m36期荧光灯（33）2 8 5 0 150网谎金卤灯112001ml5OW4i英金卤灯129001m2光强一一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。光源在某一特定方向角内发射的光通量就叫做光强。单位：坎德拉（c。（说
6、明发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量）定义：在某一方向I:单位汇体用内辆射的光通R单 位：坎稔拉cd/2符 号：I人照度一单位被照面上接收到的光通量称为照度。如果每平方米被照面上接收到的光通量为1（1 力，则照度为1（国。单位：勒克斯（1力。1勒克斯（1力相当于每平方米被照面上光通量为1流 明（时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lx,冬天晴天时地面照度约2000 U晴朗的月夜地面照度约0.2 U （说明发光体照射在被照物体单位面积上的光通量）定义：一一定加上单位面积入射光面俄.小 位:勒克斯lux符 丐:EE=源明x 让原知4亮度一亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光
7、的强度。单位:坎德拉用方米（c（M n 2）。（说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量）定义：光源在某方向的光强，人眼所.她到的面枳之比小位：cd/m 2符号：L太阳衰而臼炽灯灯当荧光灯肾满月的月友而阳光卜的海港皎道路照明路面1,650,000.000 cd/m7,000,000 cd/m*5000-15000 cd/n?2500 cd/m，1.500 cd/m0.5-2 cd/m（二）术语1、绿色照明一通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明器产品，最终达到高效、舒适、安全、经济、有益于环境和改善人们身心健康并体现现代化文明的照明系统。2节能灯一指消耗较少的电能
8、而达到较高的光照效果的照明产品，如荧光灯、环型灯、直管型荧光灯、紧凑型荧光灯、LHD灯等。3.光通维特率一灯在规定的条件下燃点，灯在寿命期间内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量之比，以百分数来表示。国标要求：2000h不小于78%国外先进水平：2000h不小于90%美国能源之星：4仍额定寿命时不小于8%国内水平：注重质量的企业，并采用保护膜工艺，基本都能达到国标。一 光源的流明州1 5 *|定义：灯怕在存命期间先渝出的减少4功率因数一交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率，而有功功率只是其中的一部分。功率因数是灯管的有功功率与视在功率之比。功率因数低，则电流中的谐波含量越高，对电网
9、产生污染，破坏电网的平衡度,无功损耗增加 显色指数一一衡量光源显现实照物体真实颜色能力的参数。显色指数（0-10。高的光源对颜色的再现越接近自然原色。显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数：白炽灯：95 管型荧光灯：6A80三基色稀土荧光灯：80左右 高压钠灯：25-60金卤灯：7090一被照物体的颜色：光 的H色 件（也色指教以）定义I&而前色的体现取决无谴中的光波波K密双光源显现被照初体口买顺色的能力,心色指数（0 0 0）越高.光源对儆色的杵 可 仰的人对2.取决-也5；.现越接近f l然色.的选纬性反时6 显色性：光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，是
10、通过与同色温的参考或基准光源（太阳光）下物体外观颜色的比较。显色性高的光源对颜色的表现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然原色，显色性低的光源对颜色的表现较差，我们所看到的颜色偏差也较大。显色分两种：1、忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 蚓高的光源，其数值接近100,显色性最好。2,效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更鲜艳；采用中色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色光波纵使而成，影响所及，对各个颜色的显色
11、性亦大不相同。二相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差Color shi ft）o色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。显色指数系数（K a u f m a n）仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。为何会有显色性高低之情形发生？其关键在该光线之 分光特性,可见光之波长在3 8 0 n n 至 7 6 0 nm之范围内，也就是我们在光谱中，见到的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的范围，如果光源所放射的光之中所含的各色光的比例和自然光相近，则我们眼睛所看到的颜色也较为逼真。再好的装璜、
12、摆设、艺术品、衣服等也会因选择不对的光源而失色。显色指数（0-1 0 0 高的光源对颜高的光源对颜色的再现越接近自然原色。显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数：灯的种类演色性R a灯的种类显色性R a白炽灯1 0 0金卤灯6 5-9 3卤坞灯1 0 0荧光灯5 1-9 5高压纳灯4 2-5 2高压汞灯2 5-6 0节能灯8 5低压钠灯2 5指 数 等级显色性一般应用9 0-1 0 01 A优良需要色彩精确对比的场所8 0-8 91 B需要色彩正确判断的场所6 0-7 92普通需要中等显色性的场所40-593对显色性的要求较低，色差较小的场所2M94较差对显色性无具体要求的场所怕灯
13、Ra 25。堂智点灯-3000K-R83公英公向灯-4100K-Rx&57、光效一光源将电能转化为可见光的效率，即光源消耗每一瓦电能所发出的光，数值越高表示光源的效率越高。从 经 济（能效）方面考虑，光效是一个重要的参数。单位：流 明 年（Ino（说明电光源将电能转化为光的能力,以发出的光通量除以耗电量来表示）白炽灯：&-141MV高压钠灯：80-140 1 由金卤灯：60-90 1 W单端荧光灯：55-80 lnW自镇流荧光灯：50-70卤鸨灯：15-20 1 W&平均寿命一是指灯的光通维持率达到国家标准规定的要求并能继续燃点至5仍的灯达到单只灯寿命时的累计时间（即 5仍的灯失效时的寿命）。
14、（说明指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数）一光源的平均寿命定义；在规定条件3蜉3小时开关次.I*大开美8次,点燃批最光源，H完好率为50%的小时数单位：小时B yfhing9 光色一光色实际上就是色温。大致分为三类：暖色G 300K 中间色3300至 5000R日光色500（K 由于光中光谱的组成有差别，因此即使光色相同,灯的显色性也有可能不同。1。色容差:一线光谱较强的气体放电灯发出光的颜色都可视为红、绿、蓝三种单色光按一定比例混合而成。为了评价颜色光的色度差异，引入了色度坐标的表示法，即 为C I E公布的色度图。对节能灯之间的色度差异，国家标准规定色度容差在6 S D C M以内
15、为该灯色度合格，6 a x M以外为不合格。1 1、经济寿命:在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定的小时数。单 位 小 时。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。（说明在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。）12色温：一当 光 源 所 发 出 的 光 的 颜 色 与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则越少。例如：白炽灯的光色
16、是暖白色，其色 温 为2 7 0 0 K左右，而日光色荧光灯的色温则是6 4 0 Q K左右。单位：开尔文（3。白炽灯的色温一般在2 7 0 0 K左右、日光灯的色温在2 7 0好4 0%左右、钠灯的色温 在2 0 0 0 K左右色温：将一标准爆体（如:饮）加热,M度开麻到找程度时窿色开始由深红 汶红 班机-门-故.逐渐改变,利用这种光色变化的特性，某光源与黑体的顾色相同时,我们将F体当时的绝对温度称为读光源之色也.光源色温不同，光色也不同，色 温 在 3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在30005000K为中间色温，有爽快的感觉；色 温 在 5000K以上有冷的感觉。不同光源的不同
17、光色组成最佳环境，如表：色温光色气氛效果5000K清凉带蓝的白色）冷的气氛3300-5000K中间白）爽快的气氛500(K清 凉带蓝的白色）冷的气氛3300-5000K中 间白）爽快的气氛30(K温 暖带红的白色）稳重的气氛&色温与亮度：高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。b.光色的对比：在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。四、照明质量1、眩光：是由环境内亮度极高的物体或强烈的亮度引起的。眩光分为直射眩光和反射眩光。直射眩光是由光源发出的光线直接射
18、到人眼所造成的。眩光引起视觉不舒适的原因有：.高度的刺激使瞳孔缩小；.由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射，在眼内形成光幕；.视幕受高亮度的刺激，使适应状态破坏。直射眩光的强弱与光源有关，以下情况眩光最显著：.光源周围暗，眼睛适应越暗，眩光越显著。.光源亮度越高，眩光越显著。.光源越接近视线，眩光越显著。.光源的表面积越大，光源数目越多，眩光越显著。一般亮度超过KOOOOccHf就有不舒适的眩光产生。避免方法：控制光源的光线投射方向，使光源不能直接射向人眼，这 就 要 求 灯 具（或灯罩）具有一定的保护角。如 图 2 2或 表 2 2（Y最 大 取 值 85度）在观察区内要求亮度足够低，就可以通
19、过改变灯具的反光杯或增加安装高度来解决。有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源，由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低，光线就变得柔和而不刺眼。*1 5-7玄内一般照明灯具距地面的最低悬挂曷度光源秤类灯及型式灯a保护加灯泡功率（WJ最延密挂 高 陵（m）*LUU及 以K2.51n-3015Q-20C3,0带反射电300-5003.6500以上4,0口炽灯100负以下2.0乳白转璃犷歆罩150-2002,53005003.0无器或无反射罩2504及以下 5.0荧光声压天灯带反射温400及以上6.030及以上500.O卤铛灯带反射机1000-2(X)07.0荧光灯无罩40及以下2.0表2 22照
20、度分布与亮度分布的要求:a照度的均匀性工作面上的照度分布要求均匀，为使工作面照度处于比较均匀的状态，CIE要求做到:4.2 1、局部照明和一般照明共用时，工作面上一般照度值宜为总照度值的匹1/5,且不宜低于50军局部工作面的照度值最好不要大于平均值的25%4 2 2 一般照明中的最小照度值与平均照度之比规定在0.7以上。b,照度的稳定性G,消除频闪效应五、灯光照明设计（一）、设计的原则1.功能性原则灯光照明设计必须符合功能的要求，根据不同的空间、不同的场合、不同的对象选择不同的照明方式和灯具，并保证恰当的照度和亮度。例如：会议大厅的灯光照明设计应采用垂直式照明，要求亮度分布均匀，避免出现眩光，
21、一般宜选用全面性照明灯具；商店的橱窗和商品陈列，为了吸引顾客，一般采用强光重点照射以强调商品的形象，其亮度比一般照明要高出入 5倍，为了强化商品的立体感、质感和广告效应，常使用方向性强的照明灯具和利用色光来提高商品的艺术感染力。2 美观性原则灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。为了对室内空间进行装饰，增加空间层次，渲染环境气氛，采用装饰照明，使用装饰灯具十分重要。在现代家居建筑、影剧建筑、商业建筑和娱乐性建筑的环境设计中，灯光照明更成为整体的一部分。灯具不仅起到保证照明的作用，而且十分讲究其造型、材料、色彩、比例、尺度，灯具已成为室内空间的不可缺少的装饰品。灯光设计师通过灯光的明暗
22、、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制，充分发挥灯光的光辉和色彩的作用，采用透射、反射、折射等多种手段，创造温馨柔和、宁静幽雅、怡情浪漫、光辉灿烂、富丽堂皇、欢乐喜庆、节奏明快、神秘莫测、扑朔迷离等艺术情调气氛，为人们的生活环境增添了丰富多彩的情趣。3.经济性原则灯光照明并不一定以多为好，以强取胜，关键是科学合理。灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要，使室内空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值，并达到使用功能和审美功能的统一。华而不实的灯饰非但不能锦上添花，反而画蛇添足，同时造成电力消耗，能源浪费和经济上的损失，甚至还会造成光环境污染而有损身体的健康。灯光照明的亮度的标准，由于用途和分
23、辨的清晰度要求不同，选用的标准也各不相同。现将日本工业标准中选用的各种公共建筑的光照亮度标准介绍如下,仅供参考。（后见附表）4安全性原则灯光照明设计要求绝对的安全可靠。由于照明来自电源，必须采取严格的防触电、防断路等安全措施，以避免意外事故的发生。六、灯光的表现方式1.面光表现面光是指室内天棚、墙面和地面做成的发光面。天棚在光的特点是光照均匀，光线充足，表现形式多种多样。如用日光灯吊顶，光线密度均需一致，以保每个空间都光线充足；又如用大面积筒灯吊顶，天棚上有规律的牛眼灯，犹如夜空星罗棋布；再如结合天棚梁架结构，设计成一个个光井，光线从井格射出，产生别具一格的空间效果。墙面光一般为图片展览所用。
24、把墙面做成中空双层夹墙，面向展示的一面的墙做成发光墙面，其中嵌有若干个玻璃框，框后设置投光装置，形成发光展览墙面。大型灯箱广告也属于此类照明。地面光是将地面做成发光地板，通常为舞池设置，多彩的发光地板，其光影和色彩伴随着电子音响的节奏而同步变化，大大增强了舞台表演的艺术气氛。2带光表现所谓带光是将光源布置成长条形的光带。表现形式变化多样，有方形、格子形、条形、条格形、环 形（圆环形、椭圆形）、三角形以及其它多边形。如周边平面型光带吊顶、周边凹入型光带吊顶、内框型光带吊顶、内框凹入型光带吊顶、周边光带地板、内框光带地板、环型光带地板、上投光槽、天花凹光槽、地脚凹光槽等等。长条形光带具有一定的导向
25、性，在人流众多的公共场所环境设计中常常用作导向照明，其它几何形光带一般作装饰之用。3.点光表现点光是指投光范围小而集中的光源。由于它的光照明度强，大多用于餐厅、卧室、书房以及橱窗、舞台等场所的直接照明或重点照明。点光表现手法多样,有顶光、底光、顺光、逆光、侧光等。顶光一一自上而下的照明，类似夏日正午日光直射。光照物体投影小，明暗对比强，不宜不作造型光。底光一一自下而上的照明，宜作辅助配光。顺光一一来自正前方的照明，投影平淡，光照物体色彩显现完全，但立体感觉差。逆光一一来自正后方的照明，光照物体的外轮廓分明，具有艺术魅力的剪影效果，是摄影艺术和舞台天幕中常用的配光方式。侧光一一光线自左右及左上，
26、右上，左下，右下方向的照射，光照物体投影明确，立体感较强，层次丰富，是人们最容易接受的光照方式。4 静止灯光与流动灯光静止灯光一一灯具固定不动，光照静止不变,不出现闪烁的灯光为静止灯光。绝大多数室内照明采用静止灯光，这种照明方式，能充分利用光能，并创造出稳定、柔和、和谐的光环境气氛，适用于学校、工厂、办公大楼、商场、展览会等场所。流动灯光一一是流动的照明方式，它具有丰富的艺术表现力，是舞台灯光和都市霓虹灯广告设计中常用的手段。如舞台上使用“追光灯”，不断追逐移动的演员，又如用作广告照明的霓虹灯不断地流动闪烁，频频变换颜色，不仅突出了艺术形象，而且渲染了环境艺术气氛。5.激光激光是由激光器发射的
27、光束。产生激光束的介质有晶体、玻璃、气 体（如氮气、氮气、氮筑混合气等）和染料溶液。某些气体激光器已作为光源用于灯光艺术，其中氮筑激光器是最为常用的一种，它产生红单色光；氨离子激光器产生蓝绿色光和绿光，这两种波长的光可通过衍射光栅分离，形成两束不同颜色的单色光。不同染料激光器可根据需要产生波长范围在400-750nm的任何一种激光。不过染料激光器都是以脉冲方式工作的装置，它必须依靠其激光器或电子闪光灯作驱动源。附 表 1:国内建筑照明标准值参考GB 50034-20041 、居住建筑居住建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值(4Ra起居室一般活动0.75m水平面10080书写、阅读
28、300卧室一般活动0.75m水平面7580床头、阅读150餐厅0.75嘴桌面15080厨房一般活动0.75m水平面10080操作台台面150卫生间0.75nl水平面10080注：宜用混合照明2.公共建筑商业建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值 力URRa一般商店营业厅0.75m水平面3002280高档商店营业厅0.75m水平面5002280市营业厅0.75m水平面3002280高档超市营业厅0.75m水平面5002280收款台0.75m水平面50080图书馆建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值(L3Ra一般阅览室0.75m水平面3001980国家、省市及其他重要图书
29、馆的阅览室0.75m水平面5001980老年龄阅览室0.75礴 桌 面5001980珍善本与图书阅览室0.75m水平面5001980陈列室、目录厅 出 纳 厅）0.75m水平面3001980书库0.75m水平面5080工作间0.75m水平面3001980办公建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值小Ra普通办公室0.75m水平面3001980高档办公室0.75m水平面5001980会议室实际工作面3001980接待室、前台0.75m水平面50080营业厅0.751n水平面3002280设计室0.75m水平面5001980文件整理、复印、发行室0.75m水平面30080资料档案室0.7
30、5m水平面20080旅馆建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值自IIRRa客房一般活动区0.75m水平面7580床头0.75nl水平面150一80写字台台面30080卫生间0.75m水平面15080中餐厅0.751n水平面2002280西餐厅、酒吧间、咖啡厅0.751n水平面10080多功能地面3002280门厅、总服务台地面30080休息厅地面2002280客房层走廊地面5080厨房台面20080洗衣房0.75m水平面20080学校建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值自Ra教室课桌面3001980实验室实验桌面3001980美术教室桌面3001980多媒体教室0.7
31、5m水平面3001980教室黑板黑板面30080医院建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值Ra治疗室0.75m水平面3001980化验室0.75m水平面5001980手术室0.75m水平面7501980诊室0.75m水平面3001980候诊室、挂号厅0.75m水平面2001980病房地面1002280护士站0.75m水平面300一80药房0.75m水平面5001980重症监护房0.75m水平面3001980展览馆展厅照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值自Ra一般展厅地面2002280高档展厅地面3002280注：高 于6m的展厅Ra可降低到6&体育建筑照明质量标准值类别R
32、a无彩电转播5050有彩电转播5080注：c丑值仅适用于室外体育场地。工工业建筑工业建筑一般照明标准值房间和场所参考平面及其高度照度标准值隈）Ra备注通用房间或场所实验室一般0.75mzK平面3002280可另加局部照明精细0.75m7K平面5001980可另加局部照明检验一般0.75nvK平面3002280可另加局部照明精细，有颜色要求0.75nvK平面7501980可另加局部照明计量室，测量室0.75mzK平面5001980可另加局部照明变电站配电装置0.75m7K平面20060变压器室地面100204公用场所公用场所照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值UURRa门厅普通地面10
33、060高档地面20080走廊、流动区域普通地面50一60高档地面10080楼梯、平台普通地面30一60高档地面7580自动扶梯地面15060厕所、浴室地面地面7560高档地面15080电梯前厅普通地面7560高档地面15080休息室地面1002280储藏室、仓库地面10060车库停车间地面752860检修间地面2002560注：居住、公共建筑的动力站、变电站的照明标准值按表选取。第二部分LE喔本理论知识（一）LED发光原理发光二极管是由m TV族化合物，如GaAs（神化钱）、GaP（磷化钱）、GaAsP（磷神化钱）等半导体制成的，其核心是 Wo因此它具有一般结的特性，即正向导通，反向截止、击穿
34、特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如 图1所示。图1假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近虫结面数N期内产生。理论和实践证明，光的峰值波长入与发光区域的半导
35、体材料禁带宽度E g有关,即X =124Q/Eg（im）式中跖的单位为电子伏特（闽。若能产生可见光（波长在380皿 康 光 780nm红光），半导体材料的Eg应 在3.2 1.63eY之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）LED的特性1.极限参数的意义（1）允许功耗Rn允许加于由两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（）最大正向直流电流IH n允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。(3最大反向电压 河 所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。(
36、4工作环境toprn发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义(1)光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。图2由图可见，该发光管所发之光中某一波长入0的光强最大，该波长为峰值波长。（2 发 光 强 度 I V 发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（W Gr时,则 发 光 1坎 德 拉（符 号 为 cd）o 由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常 用 坎 德 拉 加 6 作单位。（3）光谱半宽度入：它表示发光管的光谱
37、纯度.是指图3中 峰值光强所对应两波长之间隔.（4半值角6 点 和 视 角：0 1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与 发 光 轴 向（法向）的夹角。半 值 角 的 2倍 为 视 角（或称半功率角）。30 20 10 1.0 10 20 30图3图3图 3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）厘）的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为L离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。(，正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6-IRn
38、以下。(0正向工作电压V R参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=2ftiA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4 3M在外界温度升高时，VF将下降。(4特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。图4在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流 眸 1 A以下。（三）四期优点与缺点国的优点：L电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所
39、。2 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3.适用性：很小，每个单元LED小片是 f n的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。4 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，回灯的响应时间为纳秒级。6 对环境污染：无有害金属汞。7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LEQ随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。&价格：国的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几 只 LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上30卜
40、500只二极管构成田谢缺点:1、每瓦的流明成本高.2光效还没有荧光灯或HED高.工需要驱动器驱动不如白灯简单）家用照明灯发光效率和平均寿命的比较：自或烧谊泡36W契光位5-11W即能费光修白光LED彩泡平均效率（Irn/W）7-1650-6050-7030-45平为m 畲（h）1000-20009000-120006000-800050000-80000三种照明灯在节电和经济上的比较。25W白m燎馔泡能贝光端3W白光LED燃海军11（元）261289早为命（h）1500600050000用SOOOOh所需燃施费（低）34g150000h管海的博值（元）88.41088950000h 的 KW
41、量(kWh)125035025050000b的母,俵0.48克度60016812050000h的费用娓计（元）688.4276_209（四）U向基本结构、及分类1、LED的结构LED的封装结构如下图:低温跛睹陶鹿丸7通钝)畲的号线Z LED的分类2 1、按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2 2.按发光管出光面特征分按发光管
42、出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为中2nm c p 4.4 im中5nm中8nm l(hm及中20rnn等。国外通常把中3碰发光二极管记作T-1;把中5nm的记作T-1(;把中4如n的记作T-l(o由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：(1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半 值 角 为 5 2 0 或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。(2 标准型。通常作指示灯用，其半值角为2 0 4 S。(3)散射型。这是视角较大的指示灯，半
43、值 角 为 4 5 9 0 或更大，散射剂的量较大。2 3.按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。2 4.按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度 1 Onr巾;超高亮度的 LED(发光强度 10皿 ;把发光强度在l g lOOtoF间的叫高亮度发光二极管。一 般 LED的工作电流在十几nA至 几 十 n A 而 低 电 流 LED的工作电流在2nA以下(亮度与普通发光管相同)。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。（五）LED的应用1、指示类:2、LCD背光类:4LED显示屏
44、类:4 手持产品背光、闪光类;工汽车应用类6,通用照明1、景观照明&特殊照明（六）发光二极管的检测1.普通发光二极管的检测（1）用万用表检测。利用具有X l o g挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至2 0 0 g，反向电阻的值为8。如果正向电阻值为o或为8,反向电阻值很小或为o,则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为x i o 挡不能向田溪供较大正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“下 接 线 柱 与 另 一 块 表 的 接 线 柱 连接。余下的“二 笔接被
45、测发光管的正极（P区），余下的“4笔接被测发光管的负极（N区）o两块万用表均置X i（n挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至X 1Q若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于X 4,以免电流过大，损坏发光二极管。（0外接电源测量。用3 v稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得V F在L右3 A Z之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得V E M）或V33Y且不发光，说明发光管已坏。图 102 红外发光二极管的检测由于红外发光二极管，它发射1%嫡红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数nW 不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红 外 LED的正向压降一般为1 3-2 5V正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其HS结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如 2CR2ER型硅光电池）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外 LEQ加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如图11所示。图11