LED燈泡發光的科學原理是什麼

現在有很多的人都在用LED燈泡照明，但是有很多的人都不明白LED燈泡是如何發光的。下面是本站小編為你精心推薦的LED燈泡發光科學原理，希望對您有所幫助。

LED是英文lightemittingdiode(發光二極管)的縮寫，它的基構是一塊電致發光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。

PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極管叫發光二極管，通稱LED。當它處於正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

發光二極管主要由PN結芯片、電極和光學系統組成。其發光體——晶片的面積為10.12ml(1mil=0.0254平方毫米)，目前國際上出現大晶片LED，晶片面積達40mil。

其發光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、複合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔淨的環氧樹脂物中，當電子經過該晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域並與之複合，電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量(帶隙)越大，產生的光子的`能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜範圍內，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由於不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發出不同顏色的光。

LED照明光源的主流將是高亮度的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波長，即以藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉混合產生白光。未來較被看好的是三波長白光LED，即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產生白光，它將取代熒光燈、緊湊型節能熒光燈泡及LED背光源等市場。

高節能：節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗(單管0.03-0.06瓦)電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。

壽命長：LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有鬆動的部分，不存在燈絲髮光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。

多變幻：LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合，即可產生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

利環保：環保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬於典型的綠色照明光源。

高新尖：與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數字信息化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

最初LED用作儀器儀表的指示光源，後來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是採用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產生2000流明的白光。經紅色濾光片後，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司採用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內，共耗電14瓦，即可產生同樣的光效。

汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由於LED響應速度快(納秒級)，可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發生。

另外，LED燈在室外紅、綠、藍全綵顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得到了應用。

波長：光的色彩強弱變化，是可以通過數據來描述，這種數據叫波長。我們能見到的光的波長，範圍在380至780nm之間。單位：納米(nm)

亮度：亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發光強度。單位：尼特(nit)

光強：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和範圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。

單位：燭光(cd)

光通量：光源每秒鐘所發出的可見光量之總和。單位：流明(Lm)

光效：光源發出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節能的重要指標。單位：每瓦流明(Lm/w)。

顯色性：光源對物體呈現的程度，也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數"單位：Ra。

色温：光源發射光的顏色與黑體在某一温度下輻射光色相同時，黑體的温度稱為該光源的色温。

單位：開爾文(k)。

眩光：視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，所造成的視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質量的重要因素。

同步性：兩個或兩個以上LED燈在不規定時間內能正常按程序設定的方式運行，一般指內控方式的LED燈，同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。

防護等級：IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性 加以分級，由兩個數字所組成，第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(分0-6級)，第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度(分0-8級)，數字越大表示其防護等級越高。