LED的概念简介

第一章 项目简介

1.1 项目背景

1.能源危机。随着社会经济的发展，进而出现的石油紧张、煤炭告急，全球气候变暖呈现于21世纪人们的身边。能源紧缺告急和环境恶化已成为制约经济发展的瓶颈，作为现代工业、商业与民用的命脉，近年来各地频发的“电荒”，已给广大企业和老百姓造成不小的经济损失。

据2011年中国年鉴统计资料表明，2010年国内总用点量37032.2亿度，照明用电占国内总用电量的12%左右，约为4443.86亿度。若全部采用LED节能灯取代，每年可以节约1333.16亿度以上，而这个数字是三峡年发电量的1.3倍，将意味着可能会解决中国工业用电紧缺问题。

2.环境污染。改革开放以来，中国的经济得到了一定的发展，同时环境遭受到严重的破坏，对人类的生活质量、身体健康和生产活动造成一定的影响。据相关资料显示，火力发电站每发1度电大概需要300克标准煤，产生约500克二氧化碳和5克二氧化硫。

传统节能灯重要材料荧光粉中含有汞元素，虽然规定每只节能灯中注入的汞含量不超过5mg，但以目前的技术，很少工艺能够达到这个标准，而汞对空气、土壤和地下水的污染不容忽视。据有关数据显示，一克汞足以污染一立方米的地下水和土壤。汞元素通过地下水和食物进入人体，在人体肠道内极易被吸收并输送到全身各器官，尤其是对肝和肾的破坏。空气中的汞含量不超过标准值0.35mg/m³，汞蒸汽有高度的扩散性和较大的脂溶性，侵入呼吸道后可被肺泡完全吸收并经血液运至全身，进而引起头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤、运动失调等现象。

然而，对废弃含汞节能灯的处理问题，专家表示，这是一个全球都面临的难题。目前，还没有新的工艺生产出不含汞元素的节能灯。

废弃荧光灯的回收，是一个具有挑战性的问题。中国的地域辽阔，难以覆盖全国的回收系统，故相关回收处理体系还比不上日本等西方发达国家。我国现有人口13.7亿，如果平均按照每5个人组建一个家庭，则有2.74亿户家庭。如果平均按照每户家庭有4盏照明灯计算，共有照明灯具10.96亿盏。如果普通节能灯的使用寿命是1.5年，我国每年约有7.31亿只普通节能灯报废。

测控0901 方信 1091160129

LED简介及LED照明系统

概述

LED被认为是21 世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10%，荧光灯的50%。LED寿命可达10万小时，是

荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。用LED 替代白炽灯或荧光灯，环保无污染。使用安

全可靠，便于维护。

LED的基本知识

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的极，

使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部

分组成，一部分是P型半 导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

发光原理

（一）LED发光原理

发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。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。进入对方区域的数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2-3所示。 图2-1 LED结构图 批注 [f1]: 这一部分主要是参照资料

自己写的。

批注 [f2]: 这一段主要来自网上资料及老师课件。

测控0901 方信 1091160129

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

第 1 页 共 6 页 聚焦LED灯具和LED光源的基本概念 施晓红 陈超中 李为军 王晔 [上海市质量监督检验技术研究院 国家灯具质量监督检验中心 国家电光源质量监督检验中心（上海）上海时代之光照明电器检测有限公司 全国照明电器标准化技术委员会灯具分技术委员会 中国照明学会灯具专业委员会 上海 200233] 摘 要：随着灯具类型的不断增加，以及LED的出现，包括很多专业人员在内的业内人士对灯具和灯的概念和界线产生了一些模糊的认识，一些错误观念已经在行业内造成了混乱，对标准和检测造成了不利的影响。文章剖析灯具和灯的概念，介绍最新标准信息，明确界定了LED灯具和LED灯的区别。 关键词：灯具；灯；LED灯具；LED灯；LED光引擎 Focusing on the concepts of the LED luminaire and LED light source Shi Xiaohong, Chen Chaozhong, Li Weijun, WangYe Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research (SQI), China National Luminaire Supervision Testing Center (CLTC), National Center of Supervision & Inspection on Electric Light Source Quality (Shanghai), Shanghai Alpha Lighting Equipment Testing Ltd., Subcommittee 2 on Luminaire of National Technical Committee 224 on lighting of Standardization Administration of China, Luminaries Specialty Committee of China Illuminating Engineering Society, Shanghai, 200233 Abstract: With the development of lighting industry and the increased requirement of lighting products, some concepts for luminaries and lamp were so obscure as to be easily confused, especially the appearance of novel LED lighting devices. At present, these obscure opinions on the definition for LED luminaries and LED lamp among the people, including professional staff, have caused some disadvantageous effect on LED lighting industry, standard and testing. In this paper, we focused on analyzing the concepts of LED luminaire and LED lamp, at the same time, in order to clearly distinguish the difference between LED luminaire and LED lamp, the latest standard information is induced and introduced. Keywords: luminaire; lamp; LED luminaire; LED lamp; LED light engine 照明灯具是人们日常生活中的必不可少的一种电器，其功能是提供人工照明，满足各类场所的照明需求。其传统定义就是包括除光源外所有用于固定和保护光源所需的全部零、部件，以及与电源连接所必需的线路附件。而光源是指自身正在发光，且能持续发光的物体。 目前在全球“节能减排”的大背景下，LED作为一种新型光源在各个领域都有着相当广

 光谱

表示相对于光的波长，光的强度的分布。LED的光谱一般为单色LED，例如蓝色LED以波长470nm时为峰值呈山峰分布，以峰值波长较短的紫外领域和峰值波长较长的绿色领域为光的强度的测定极限。而白炽灯的光谱，其发光强度广泛分布于400nm多的蓝色领域至700nm多的近红外领域，在紫外领域和红外领域也能观测到发光强度。荧光灯方面，组合使用的荧光体的发光波长部分为光谱的峰值。

与普通红色、绿色和蓝色LED的光谱峰值只有一个相比，白色LED的光谱则有很大不同。例如蓝色领域和黄色领域会有两个发光强度的峰值，或者在蓝色领域、黄色领域和红色领域有三个峰值，甚至还会出现更多的峰值。这是因为，白色LED的白色光是组合了多个波长的光获得的。例如，组合蓝色LED和黄色荧光体时，峰值在蓝色领域和黄色领域出现。另外，基于蓝色LED的发光强度的峰值较尖，而基于荧光体的峰值较为平缓。

将LED用于液晶面板背照灯时，最理想的情况是LED的光谱在红色、绿色和蓝色三个领域出现发光强度的峰值。这是因为LED的光最终将经由液晶面板的彩色滤光片（红色、绿色、蓝色）输出到外部。

获得三个发光强度的峰值时，有使用红色、绿色和蓝色三种LED的方法，以及通过改进荧光体材料、使用可获得三个峰值的白色LED的方法。

发光光谱有很大不同

蓝色LED和YAG类荧光体、蓝色LED和ZnSe单结晶底板的发光、紫外LED和RGB荧光体等白色LED的发光光谱与荧光灯和自然光的比较。虽然都是白色，但发光光谱大为不同。

另一方面，LED用于普通的照明器具时，光谱广泛分布在可视光领域的白色LED较受欢迎。原因是接近自然光，即太阳光的光谱的光线照射物体时，物体的颜色与照射自然光时接近的缘故。

 光通量、光强、亮度和照度

光通量是表示光源整体亮度的指标。单位为lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度时经常使用。是参考人眼的灵敏度（视觉灵敏度）来表示光源放射光亮度的物理量。具体数值为各向同性的发光强度为1cd（堪德拉）的光源在1sr（立体弧度）的立体角内放射的光通量为1lm。此处的sr为立体角的单位，表示从球面向球心截取的面积为半径（r）的2次方（r2）的圆锥体的顶角。