LED应用技术12学习单元1 LED基础知识1.1 LED的发展与产业分布 1.2 光与色的基本特性1.3 LED的发光原理、性能及应用
1.1 LED的发展与产业分布提纲4.LED应用及发展趋势LED是继白炽灯、荧光灯和高强度放电
灯之后的第四代新光源。光源自然光人造光源传统型电光源热致发光型放电发光型光致发光型电致发光型1. LED的发展历程LED的发展主
要经历了以下三个阶段：指示应用阶段信号显示阶段全彩照明阶段—1879 爱迪生发明电灯 —1969 第一盏LED灯(红色)
—1976 绿色LED灯 —1993 蓝色LED灯 —1999 白色LED灯 —2000 LED应用于室内照明 —
LED 将是继爱迪生发明电灯泡以来重新将开始巨大的光革命。 —21世纪开始的现在，通过在自然，人类和科学之间奇妙的相遇而开发的L
ED，将成为光世界的创新，对人类必不可少的绿色技术光革命。 LED灯泡目前现状LED照明灯主要还是以大功率白光LED单灯为主，
大颗粒每瓦大于等于100流明，小颗粒每瓦大于等于110流明。 LED太阳能路灯，LED投光灯，LED吊顶灯，LED日光灯都已经可
以批量生产了。例如10瓦的LED日光灯就可以替换40瓦的普通日光灯或者节能灯。 LED的发展历程72. LED的产业分布3.
LED产业及技术发展1）. LED外延片及芯片产业随着高亮度LED尤其是照明用w级白光LED的发展，对LED用外延片和芯片制备与
加工的技术要求越来越高，技术难度也越来越大。照明级LED竞争的焦点就是GaN基外延生长和芯片制造，这方面的技术水平以日本和美国为最
高，欧盟和中国台湾地区次之。3. LED产业及技术发展2）. LED封装产业封装产业的发展与LED芯片的制造是紧密相关的，世界
上最好的封装企业基本上都有自己的外延、芯片生产，并凭借对高品质芯片的垄断来占据LED高端市场。封装产业具有劳动密集型的特点，技术含
量相对较低，是投资较少及收效较快的领域；与市场紧密结合的特点，是其相对快速成长的关键。目前，LED封装企业主要集中在中国台湾地区、
马来西亚、韩国、日本以及中国大陆等地。LED主要的产品类型及封装结构 4. LED应用及发展趋势LED是21世纪最有市场前景的光
源LED最具应用前景的领域1.大屏幕2.背光照明（手机、LCD）3.普通照明（路灯、室内）大屏幕背光照明经济节能环保1.2 光与的
基本特性3.颜色的特性及光色混合提纲5.光色的对比与表色系统光的基本知识1） 光的基本概念什么叫做光？牛顿微粒说：光电效应和光子说
，成功的从实验和理论上证明光具有粒子性。惠更斯的波动说：光的干涉、衍射和光的电磁说，成功地从实验和理论上证明光具有波动性。光的波粒
二象性：大量光子显示出光的波动性，少量光子显示出光的粒子性；光在传播过程显示光的波动性，光与物质相互作用时，显示出光的粒子性。可见
光既具有波动性又具有粒子性。即光具有波粒二象性。什么叫做颜色？ “光线并没有颜色。……只是某种能激起这样或那样颜色感觉
的本领或倾向”，“在光线里面它们不过是把这样或那样的运动传播到感觉中枢中去，而感觉中枢则以颜色形式再现这些运动的许多感觉”。
---《光学；或关于光的反射、折射、弯曲和颜色的论文》牛顿（1721）简而言之，光线没有颜色，它只是某种功率分布，而
颜色则是人对这种功率分布的心理响应。什么是发光？当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或者电子束轰击等激发后，只要该物质不因此而发生
化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光
的电磁波形式发射出来的，就称为发光。 1光的基本知识 2）光致发光的机理激活离子A在基质晶格中的发光行为(EX－激发
；EM－发射(辐射回到基态)；HEAT－非辐射回到基态)激活离子A的能级示意(A－激发态；A－基态；R－辐射回到基态；NR－非辐
射回到基态) 光的基本知识3） 光的基本度量单位A．光通量φdφe（λ）/dλ为辐射通量的光谱分布；V（λ）为光谱光（视）效率；K
m为辐射的光谱光（视）效能的最大值B．发光强度（光强）光源在给定方向的单位立体角内发出的光通量定义为光源在该方向上的发光强度，以I
表，单位为坎德拉(cd).C．光照度E在被照物体表面上，单位面积内所接收到的光通量称为光照度 D．光出射度M对于有一定表面积的发光
体，在不同位置上的发光程度可能不同，因此需要用光出射度来表征。 E．亮度L光的出射度只表示单位面积上发出光通量的多少，没有考虑光辐
射的方向，不能表征发光面在不同方向上的光学特性。 F．发光效率（光效）η发光效率（简称光效）是指一个光源所发出的光通量φ参与光源消
耗的电功率P1之比。 2.光的视觉性质光色的舒适性：人眼对日光、篝火、油灯和蜡烛的长期适应，形成了对这几种光色的特殊偏好。很低照度
：火焰（篝火、蜡烛、油灯）偏低或中照度：黎明和黄昏的光色较高照度：中午阳光或高色温天空光色总之，不同照度下的光色舒适度反应了人类长
期对自然光和火焰的适应结果。光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的标准光源下物体外观颜色的比较。?? 3. 颜色的基本
特性及光色混合 颜色相加的计算 在已知两种颜色的色度坐标x1，y1和亮度Y情况下，通过计算可得出这两种颜色相加（混合）
而产生的第三种颜色的色度坐标和亮度。已知颜色C1和颜色C2的三刺激值为X1，Y1，Z1和X2，Y2，Z2，则混合后的颜色的三刺激值
为X(1+2)=X1+X2, Y(1+2)=Y1+Y2, Z(1+2)=Z1+Z2已知颜色1（0.2，0.6）亮度18nt，颜色2
（0.3，0.1）亮度8nt，计算两者的混合色的色度坐标和亮度。4. 光色的心理感觉及环境影响 色彩对人们的一种刺激和象征，在主
观上一种反应与行为。色彩与人的感觉（外界的刺激）和人的知觉联系在一起。 环境对颜色的影响CIE 1960 均匀色度标尺图在CIE色
度图上，每一个点都代表某一确定的颜色。这个颜色的位置是由一定数量的红、绿、蓝三原色的相加混合来确定的。5. 光色的对比并置与表色系
统每一种颜色在色度图上虽然是一个点，但对视觉来说，当这种颜色的坐标位置变化很小时，人眼仍认为它是原来的颜色，而感觉不到它的变化，可
见，每一种颜色虽然在色度图上占一个点的位置，而对视觉来说，它实际上是一个范围，这个范围内的变化在视觉上是等效的。我们把这个人眼感觉
不出的颜色变化范围叫做颜色的宽容量。莱特和彼特研究人眼对光谱不同部位的辨别能力。说明：光谱轨迹上波长不是等距的，线段的相对长度并不
代表波长范围的绝对值大小。图中线段代表恰可查觉察的3倍。人眼对颜色的恰可分辨范围图CIE 1960 均匀色度标尺图为了克服 CIE
1931 色度图的上述缺点，必须创立一种新的色度图，在这个图上，每一颜色的宽容量最好都近似圆形，而且大小一致。为此目的，1960
年CIE根据麦克亚当的工作制定了CIE 1960 均匀色度标尺图（CIE 1960 Uniform Chromaticity-Sc
ale Diagram），简称CIE 1960 UCS 图。CIE 1960 UCS图1.3 LED的发光原理、性能及应用2.LE
D的发光原理3.LED的特性参数与性能1 LED的基本结构与导电性提纲4.LED的分类与器件形式5.白光LED种类实现方法结构1.
LED的基本结构与导电性1） LED基本结构2.LED的发光原理LED的实质性结构是半导体PN结，核心部分由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。其发光过程可以用PN结的能带结构来做解释。半导体能级图 LED发
光的颜色由半导体的种类决定，不同种类的半导体具有不同的禁带宽度Eg。电子、空穴复合释放的能量由禁带宽度Eg决定。要产生可见光（波长
在380nm紫光～ 780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26 eV～ 1.63eV 之间，比红光波长长的光为红外光。现在已有
红外、红、黄、绿及蓝光等各种颜色的LED。3.LED的特性参数与性能1） LED电学特性A.正向电流IF、最大正向电流IFmB．正
向电压VFC．反向漏电流IRD．最大反向电压VRmE．允许功耗Pm2） LED光学特性A．LED的光波长（λ）B．光通量（F）C．
发光强度（I）D．LED光照度（E）E．发光亮度（L）1） 按发光颜色分类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。4.LED的分类与常见器件形式2） 按出光面特征分类按发光
管出光面特征分圆灯、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φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、
φ10mm及φ20mm等。3） 按发光强度角分类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
°～20°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20°～45°。3. 散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。4） 按发光二极管的结构分类按
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。5.白光LED的种类、实现方法与结构蓝光LED
+不同色光荧光粉紫外光或紫光（300~ 400nm）LED+RGB荧光粉利用三基色原理将RGB三种超高亮度LED混合生成白光白光LED的实现方法白光LED的两种基本方式多层膜器件的结构大功率超高亮度LED的结构白光LED的结构白光LED的发展方向 (a)酒吧幻彩幕墙灯 （b）LED灯带6.超高亮度LED与LED照明应用白色LED照明灯地砖灯礼品灯手电筒 (a)笔记本显示器背光源 (b)电视机LED背光源 |
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