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LED灯技术参数


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LED 是英文 light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电 致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密

封,起到 保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。

一、LED 的结构及发光原理

50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,第一个商用二极管 产生于 1960 年。LED 是英文 light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基 本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧 树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。

发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片, p 型半导体和 在 n 型半导体之间有一个过渡层,称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中,注入 的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电 能直接转换为光能。PN 结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利 用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称 LED。 当它处于正向工 作状态时(即两端加上正向电压),电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体晶体就 发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。

二、LED 光源的特点

1. 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。

2. 效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少 80%

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3. 适用性:很小,每个单元 LED 小片是 3-5mm 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,LED 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 LED,随着电流的 增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色

8. 价格:LED 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 300~500 只二极管构成。

三、单色光 LED 的种类及其发展历史

最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当时 所用的材料是 GaAsP,发红光(λp=650nm),在驱动电流为 20 毫安时,光通量 只有千分之几个流明,相应的发光效率约 0.1 流明/瓦。

70 年代中期, 引入元素 In 和 N, LED 产生绿光 使 (λp=555nm) 黄光 , (λp=590nm) 和橙光(λp=610nm),光效也提高到 1 流明/瓦。

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到了 80 年代初,出现了 GaAlAs 的 LED 光源,使得红色 LED 的光效达到 10 流明 /瓦。

90 年代初,发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成 功,使 LED 的光效得到大幅度的提高。在 2000 年,前者做成的 LED 在红、橙区 (λp=615nm) 的光效达到 100 流明/瓦, 而后者制成的 LED 在绿色区域 (λp=530nm) 的光效可以达到 50 流明/瓦。

几个光学术语的解释以及换算关系! 1.发光强度(光度)的含义是什么? 答:发光强度(光度,I)定义为:点光源在某一方向上的发光强度,即是发光体在 单位时间内所射出的光量,也简称为光度,常用单位为烛光(cd,坎德拉),一个 国际烛光的定义为以鲸鱼油脂制成的蜡烛每小时燃烧 120 格冷 (grain) 所发出的光 度,一格冷等于 0.0648 克 2.发光强度(光度)的单位是什么? 答:发光强度常用单位为烛光(cd,坎德拉),国际标准烛光(lcd)的定义为理 想黑体在铂凝固点温度(1769℃)时,垂直于黑体(其表面积为 1m2)方向上的 60 万分之一的光度,所谓理想黑体是指物体的放射率等于 1,物体所吸收的能量可 以全部放射出去,使温度一直保持均匀固定,国际标准烛光(candela)与旧标准烛 光(candle)的互换关系为 1candela=0.981candle 3.什么叫做光通量?光通量的单位是什么? 答:光通量(φ)的定义是:点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可 产生视觉者(人能感觉出来的辐射通量)即称为光通量。光通量的单位为流明(简

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写 lm),1 流明(lumen 或 lm)定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内 所通过的光通量,由于整个球面面积为 4πR2,所以一流明光通量等于一烛光所发 出光通量的 1/4π, 或者说球面有 4π,因此按照流明的定义可知一个 cd 的点光源会辐

射 4π 流明,即 φ(流明)=4πI(烛光),假定△Ω 为很小的立体弧角,在△Ω 立体

角内光通量△φ,则有△φ=△ΩI

4.一英尺烛光的含义是什么? 答:一英尺烛光是指距离一烛光的光源(点光源或非点光源)一英尺远而与光线正 交的面上的光照度,简写为 1ftc(1 lm/ft2,流明/英尺 2),即每平方英尺内所接收 的光通量为 1 流明时的照度,并且 1ftc=10.76 lux 5.一米烛光的含义是什么? 答:一米烛光是指距离一烛光的光源(点光源或非点光源)一米远而与光线正交的 面上的光照度,称为勒克斯(lux,也有写成 lx),即每平方公尺内所接收的光通 量为 1 流明时的照度(流明/米 2) 6. 1 lux 的含义是什么? 答:每平方公尺内所接收的光通量为 1 流明时的照度 7.照度的含义是什么? 答:照度(E)的定义为:被照物体单位受照面积上所接受的光通量,或者说受光 照射的物体在单位时间内每单位面积上所接受的光度,单位以米烛光或英尺烛光 (ftc)表示 8.照度与光度、距离之间有什么关系? 答:照度与光度、距离间的关系是:E(照度)=I(光度)/r2(距离平方)

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9.被照体的照度大小与哪些因素有关? 答:被照体的照度与光源的发光强度及被照体和光源之间的距离有关,而与被照体 的颜色、表面性质及表面积大小无关 光學照明用語(1) 光通量 (Φv) :單位:流明 (lumen,lm) 由一光源所發射並被人眼感知之所有 輻射能稱之為光通量。 光強度 (Iv) : 單位: 坎德拉 (candela,cd) 光源在某一方向立體角內之光通量大小。一般而言,光源會向不同方向以不同之 強度放射出其光通量。在特定方向所放出之可見光輻射強度稱為光強度。 照度 (Illuminance, E) 單位:勒克斯 (Lux, lx) 照度是光通量與被照面之比值。1 lux 之照度為 1 流明(lm)之光通量均勻分佈在面 積為一平方米之區域。 輝度 (Luminance, L) 單位:坎德拉每平方米 (cd/㎡) 一光源或一被照面之輝度指其單位表面在某一方向上的光強度密度,也可說是人 眼所感知此光源或被照面之明亮程度。 輻射計是用於測量不可見光特性的測量設備 輻射通量 (Φe) : 瓦特 (W) 輻射強度 (Ie) :瓦特每立方角 (W/sr) 用於不可見光方面的量測 色溫 ( Co1or Temperature ) 單位:絕對溫度 ( Kelvin, K )

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一個光源之色溫被定義為與其具有相同光色之"標準黑體" 本身之絕對溫度值,此 溫度可以在色度圖上之普朗克軌跡上找到其對應點。 標準黑體之溫度越高,其輻射出 之光線光譜中藍色成份越多,紅色成份也就相對的越少。 以發出光色為暖白色之普通 白熱燈泡為例,其色溫為 2700K,而晝光色日光燈之色溫為 6000K。

四、单色光 LED 的应用

最初 LED 用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积 显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色 交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的 140 瓦白炽灯作为光源,它 产生 2000 流明的白光。经红色滤光片后,光损失 90%,只剩下 200 流明的红光。 而在新设计的灯中, Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源, 包括电路损失在内, 共耗电 14 瓦,即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。1987 年,我国开始在汽车上安装高位 刹车灯,由于 LED 响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶 状况,减少汽车追尾事故的发生。

另外,LED 灯在室外红、 绿、 蓝全彩显示屏, 匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

五、白光 LED 的开发

对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998 年发白光的 LED 开发成功。这 种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN 芯片发蓝光

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(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光激 发后发出黄色光发射,峰值 550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中,覆盖以 混有 YAG 的树脂薄层,约 200-500nm。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收, 另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合, 可以得到得白光。 现在, 对于 InGaN/YAG 白色 LED,通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色 温 3500-10000K 的各色白光。(如下图所示)

表一列出了目前白色 LED 的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝 光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉,其最好的发光效率约为 25 流明/瓦,YAG 多为日 本日亚公司的进口, 价格在 2000 元/公斤; 第二种是日本住友电工亦开发出以 ZnSe 为材料的白光 LED,不过发光效率较差。

从表中也可以看出某些种类的白色 LED 光源离不开四种荧光粉:即三基色稀土红、 绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉,在未来较被看好的是三波长光,即以无机紫外光 晶片加 R.G.B 三颜色荧光粉,用于封装 LED 白光,预计三波长白光 LED 今年有商 品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小,稳定性要求也高,具体应 用方面还在探索之中。

表 一 白 色 LED 的 种 类 和 原 理

芯片数 激发源 发光材料 发光原理 1

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蓝色 LED InGaN/YAG InGaN 的蓝光与 YAG 的黄光混合成白光 蓝色 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 蓝色 LED ZnSe 由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光 紫外 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 2 蓝色 LED 黄绿 LED InGaN、GaP 将具有补色关系的两种芯片封装在一起,构成白色 LED 3 蓝色 LED 绿色 LED 红色 LED InGaN AlInGaP 将发三原色的三种小片封装在一起,构成白色 LED 多个

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多种光色的 LED InGaN、GaP AlInGaP 将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起,构成白色 LED 采用 LED 光源进行照明,首先取代耗电的白炽灯,然后逐步向整个照明市场进军, 将会节约大量的电能。 近期, 白色 LED 已达到单颗用电超过 1 瓦, 光输出 25 流明, 也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色 LED 的效能进展。 表 二 单 颗 白 色 L ED 的 效 能 进展 年份 1998 1999 2001 2005 发光效能(流明/瓦) 5 15 25 50 相若白炽灯 相若卤钨灯 估计 备注

表三 长远发展目标

单颗白色 LED 输入功率 发光效能 输出光能 10 瓦 100 流明/瓦 1000 流明/瓦

六、业界概况 在 LED 业者中,日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度 LED,以及蓝紫光半导体激光(Laser Diode;LD),是业界握有蓝光 LED 专利权 的重量级业者。在日亚化学取得兰色 LED 生产及电极构造等众多基本专利后,坚

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持不对外提供授权,仅采自行生产策略,意图独占市场,使得蓝光 LED 价格高昂。 但其他已具备生产能力的业者相当不以为然,部分日系 LED 业者认为,日亚化工 的策略,将使日本在蓝光及白光 LED 竞争中,逐步被欧美及其他国家的 LED 业者 抢得先机,届时将对整体日本 LED 产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计 进行蓝光 LED 的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外,还有丰田合成、罗沐、 东芝和夏普, 美商 Cree, 全球 3 大照明厂奇异、 飞利浦、 欧司朗以及 HP、 Siemens、 Research、 EMCORE 等都投入了该产品的研发生产, 对促进白光 LED 产品的产业 化、市场化方面起到了积极的促进作用。 LED(发光二极管)说明: 发光二极管简称 LED,采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成,其内部结构为 一个 PN 结,具有单向导电性。

当在发光二极管 PN 结上加正向电压时,PN 结势垒降低,载流子的扩散运动大于 漂移运动,致使 P 区的空穴注入到 N 区,N 区的电子注入到 P 区,这样相互注入 的空穴与电子相遇后会产生复合,复合时产生的能量大部分以光的形式出现,因此 而发光。

发光二极管在制作时,使用的材料有所不同,那么就可以发出不同颜色的光。

发光二极管的发光颜色有:红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管的外形有:圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。

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常用的发光二极管应用电路有四种,即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电 路、变色发光驱动电路。

使用 LED 作指示电路时,应该串接限流电阻,该电阻的阻值大小应根据不同的使 用电压和 LED 所需工作电流来选择。

发光二极管的压降一般为 3.0~3.4V,其工作电流一般取 10~20 mA 为宜。

发光二极管主要参数与特性

LED 是利用化合物材料制成 pn 结的光电器件。它具备 pn 结结型器件的电学特性:I -V 特性、C-V 特性和光学特性:光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及 热学特性。

1、LED 电学特性 1.1 I-V 特性 表征 LED 芯片 pn 结制备性能主要参数。 的 I-V 特性具有非线性、 LED

整流性质:单向导电性,即外加正偏压表现低接触电阻,反之为高接触电阻。 如左图: (1) 正向死区:(图 oa 或 oa′段)a 点对于 V0 为开启电压,当 V<Va,外加电场 尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场,此时 R 很大;开启电压对于不同 LED 其 值不同,GaAs 为 1V,红色 GaAsP 为 1.2V,GaP 为 1.8V,GaN 为 2.5V。 (2)正向工作区:电流 IF 与外加电压呈指数关系 IF = IS (e
qVF/KT

–1)

-------------------------IS 为反向饱和电流 。

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V>0 时,V>VF 的正向工作区 IF 随 VF 指数上升 IF = IS e (3)反向死区 :V<0 时 pn 结加反偏压

qVF/KT

V= - VR 时,反向漏电流 IR(V= -5V)时,GaP 为 0V,GaN 为 10uA。 (4)反向击穿区 V<- VR ,VR 称为反向击穿电压;VR 电压对应 IR 为反向漏电流。 当反向偏压一直增加使 V<- VR 时,则出现 IR 突然增加而出现击穿现象。由于所用 化合物材料种类不同,各种 LED 的反向击穿电压 VR 也不同。 1.2 C-V 特性

鉴于 LED 的芯片有 9×9mil (250×250um),10×10mil,11×11mil (280×280um), 12×12mil (300×300um),故 pn 结面积大小不一,使其结电容(零偏压)C≈n+pf 左右。 C-V 特性呈二次函数关系(如图 2)。由 1MHZ 交流信号用 C-V 特性测试仪测得。 1.3 最大允许功耗 PF m 当流过 LED 的电流为 IF、管压降为 UF 则功率消耗为 P=UF×IF LED 工作时,外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光,还有一部分变为热,使 结温升高。若结温为 Tj、外部环境温度为 Ta,则当 Tj>Ta 时,内部热量借助管座 向外传热,散逸热量(功率),可表示为 P = KT(Tj – Ta)。 1.4 响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示 LCD(液晶显示) 约 10-3~10-5S,CRT、PDP、LED 都达到 10-6~10-7S(us 级)。 ① 响应时间从使用角度来看,就是 LED 点亮与熄灭所延迟的时间,即图中 tr 、tf 。 图中 t0 值很小,可忽略。 ② 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 LED 的点亮时间——上升时间 tr 是指接通电源使发光亮度达到正常的 10%开始,一 直到发光亮度达到正常值的 90%所经历的时间。 LED 熄灭时间——下降时间 tf 是指正常发光减弱至原来的 10%所经历的时间。

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不同材料制得的 LED 响应时间各不相同;如 GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响应时间<10
-9

S,GaP 为 10-7 S。因此它们可用在 10~100MHZ 高频系统。

2

LED 光学特性

发光二极管有红外(非可见)与可见光两个系列,前者可用辐射度,后者可用光度 学来量度其光学特性。 2.1 发光法向光强及其角分布 Iθ 2.1.1 发光强度(法向光强)是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED 大量应用 要求是圆柱、圆球封装,由于凸透镜的作用,故都具有很强指向性:位于法向方向 光强最大,其与水平面交角为 90°。当偏离正法向不同θ角度,光强也随之变化。 发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。 2.1.2 发光强度的角分布 Iθ是描述 LED 发光在空间各个方向上光强分布。 它主要

取决于封装的工艺(包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否) ⑴ 为获得高指向性的角分布(如图 1) ① LED 管芯位置离模粒头远些; ② 使用圆锥状(子弹头)的模粒头; ③ 封装的环氧树脂中勿加散射剂。 采取上述措施可使 LED 2θ1/2 = 6°左右,大大提高了指向性。 ⑵ 当前几种常用封装的散射角(2θ1/2 角) 圆形 LED:5°、10°、30°、45°

2.2 发光峰值波长及其光谱分布 ⑴ LED 发光强度或光功率输出随着波长变化而不同, 绘成一条分布曲线——光谱分 布曲线。当此曲线确定之后,器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而 定。

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LED 的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及 pn 结结构(外延层厚度、掺 杂杂质)等有关,而与器件的几何形状、封装方式无关。 下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得 LED 光谱响应曲线。其中 LED 光谱分布曲线 1 蓝光 InGaN/GaN 4 红外 GaAs 2 绿光 GaP:N 6 标准钨丝灯 3 红光 GaP:Zn-O

5 Si 光敏光电管

① 是蓝色 InGaN/GaN 发光二极管,发光谱峰λp = 460~465nm; ② 是绿色 GaP:N 的 LED,发光谱峰λp = 550nm; ③ 是红色 GaP:Zn-O 的 LED,发光谱峰λp = 680~700nm; ④ 是红外 LED 使用 GaAs 材料,发光谱峰λp = 910nm; ⑤ 是 Si 光电二极管,通常作光电接收用。 由图可见,无论什么材料制成的 LED,都有一个相对光强度最强处(光输出最大), 与之相对应有一个波长,此波长叫峰值波长,用λp 表示。只有单色光才有λp 波 长。 ⑵ 谱线宽度:在 LED 谱线的峰值两侧±△λ处,存在两个光强等于峰值(最大光 强度)一半的点,此两点分别对应λp-△λ,λp+△λ之间宽度叫谱线宽度,也称 半功率宽度或半高宽度。 半高宽度反映谱线宽窄,即 LED 单色性的参数,LED 半宽小于 40 nm。 ⑶ 主波长:有的 LED 发光不单是单一色,即不仅有一个峰值波长;甚至有多个峰 值,并非单色光。为此描述 LED 色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察 到的,由 LED 发出主要单色光的波长。单色性越好,则λp 也就是主波长。 如 GaP 材料可发出多个峰值波长,而主波长只有一个,它会随着 LED 长期工作,结 温升高而主波长偏向长波。 2.3 光通量

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光通量 F 是表征 LED 总光输出的辐射能量,它标志器件的性能优劣。F 为 LED 向 各个方向发光的能量之和,它与工作电流直接有关。随着电流增加,LED 光通量随 之增大。可见光 LED 的光通量单位为流明(lm)。 LED 向外辐射的功率——光通量与芯片材料、 封装工艺水平及外加恒流源大小有关。 目前单色 LED 的光通量最大约 1 lm,白光 LED 的 F≈1.5~1.8 lm(小芯片),对于 1mm×1mm 的功率级芯片制成白光 LED,其 F=18 lm。 2.4 发光效率和视觉灵敏度 ① LED 效率有内部效率(pn 结附近由电能转化成光能的效率)与外部效率(辐射 到外部的效率)。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。 LED 光电最重要的特性是用辐射出光能量(发光量)与输入电能之比,即发光效率。 ② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ = 555nm 处 有一个最大值 680 lm/w。若视觉灵敏度记为 Kλ,则发光能量 P 与可见光通量 F 之 间关系为 P=∫Pλdλ ; F=∫KλPλdλ ③ 发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn 结载流子数=(e/hcI)∫λPλdλ 若输入能量为 W=UI,则发光能量效率ηP=P/W 若光子能量 hc=ev,则η≈ηP ,则总光通 F=(F/P)P=KηPW 式中 K= F/P ④ 流明效率:LED 的光通量 F/外加耗电功率 W=KηP 它是评价具有外封装 LED 特性,LED 的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光 的能量较大,故也叫可见光发光效率。 以下列出几种常见 LED 流明效率(可见光发光效率): LED 发光颜色 红光 660 GaAlAs 0.27 0.5 0.3 λp 材料 (nm) 700 GaP:Zn-O m/w) 2.4 最高值 12 平均值 1~3 可见光发光效率 (l 外量子效率

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650 黄光 绿光 蓝光 白光 590 555 465 谱带

GaAsP GaP:N-N GaP:N GaN

0.38 0.45 4.2

0.5 0.1 0.7 10

0.2

0.015~0.15

小芯片 1.6, GaN+YAG 大芯片 18 品质优良的 LED 要求向外辐射的光能量大,向外发出的光尽可能多,即外部效率要 高。事实上,LED 向外发光仅是内部发光的一部分,总的发光效率应为 η=ηiηcηe ,式中ηi 向为 p、n 结区少子注入效率,ηc 为在势垒区少子与多子复 合效率,ηe 为外部出光(光取出效率)效率。 由于 LED 材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时(无环 氧封装)若垂直入射,被空气反射,反射率为(n1-1)2/(n1+1)2=0.32,反射出的 占 32%,鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。 为了进一步提高外部出光效率ηe 可采取以下措施:① 用折射率较高的透明材料 (环氧树脂 n=1.55 并不理想) 覆盖在芯片表面; 把芯片晶体表面加工成半球形; ② ③ 用 Eg 大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用 n=2.4~2.6 的 低熔点玻璃[成分 As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽,可使红外 GaAs、GaAsP、 GaAlAs 的 LED 效率提高 4~6 倍。 2.5 发光亮度 亮度是 LED 发光性能又一重要参数,具有很强方向性。其正法线方向的亮度 BO=IO/ A,指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内 所辐射的光通量,单位为 cd/m2 或 Nit。 若光源表面是理想漫反射面,亮度 BO 与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表 面亮度约为 7000Nit(尼特),从地面看太阳表面亮度约为 14×108Nit。

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LED 亮度与外加电流密度有关,一般的 LED,JO(电流密度)增加 BO 也近似增大。 另外,亮度还与环境温度有关,环境温度升高,ηc(复合效率)下降,BO 减小。当 环境温度不变,电流增大足以引起 pn 结结温升高,温升后,亮度呈饱和状态。 2.6 寿命 老化:LED 发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度 与外加恒流源的大小有关,可描述为 Bt=BO e-t/τ,Bt 为 t 时间后的亮度,BO 为初始 亮度。 通常把亮度降到 Bt=1/2BO 所经历的时间 t 称为二极管的寿命。测定 t 要花很长的时 间,通常以推算求得寿命。测量方法:给 LED 通以一定恒流源,点燃 103 ~104 小时 后,先后测得 BO ,Bt=1000~10000,代入 Bt=BO e-t/τ求出τ;再把 Bt=1/2BO 代入, 可求出寿命 t。 长期以来总认为 LED 寿命为 106 小时,这是指单个 LED 在 IF=20mA 下。随着功率型 L ED 开发应用,国外学者认为以 LED 的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如 LED 的 光衰减为原来 35%,寿命>6000h。

3 热学特性 LED 的光学参数与 pn 结结温有很大的关系。一般工作在小电流 IF<10mA,或者 10~ 20 mA 长时间连续点亮 LED 温升不明显。若环境温度较高,LED 的主波长或λp 就 会向长波长漂移,BO 也会下降,尤其是点阵、大显示屏的温升对 LED 的可靠性、稳 定性影响应专门设计散射通风装置。 LED 的主波长随温度关系可表示为λp( T′)=λ0(T0)+△Tg×0.1nm/℃ 由式可知,每当结温升高 10℃,则波长向长波漂移 1nm,且发光的均匀性、一致性 变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光 强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保 LED 长期 工作。

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LED(发光二极管)光源的光学计量单位介绍: 一、 光通量

光通量是指光源在单位时间内发出的光量,即辐射功率能够被人眼所感受到的 那部分辐射能量。它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的 乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同,所以不同波长光的辐射功率相等 时,光通量并不相等。光通量的符号为Φ,单位为流明(Lm) 。

根据光谱辐射通量Φ(λ) ,因此可得出光通量公式:

Φ=Km■Φ(λ)gV(λ)dλ

式子中,V(λ)—相对光谱光视效率;Km—辐射的光谱光视效能的最大值, 单位为 Lm/W。1977 年由国际计量委员会确定 Km 值为 683Lm/W(λm=555nm) 。

二、 光强度

光强度是指在单位时间内单位面积上通过的光能量,能量与频率成正比,是他 们的强度之和(即积分), 也可以理解为光源在给定方向上的发光强度 I 是该光源在该 方向的立体角元内传输的光通量dΦ除以该立体角元dΩ之商

发光强度的单位是坎德拉(cd) ,1cd=1Lm/1sr。空间各个方向的光强之和就是 光通量。

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三、光亮度

我们在测试 LED 芯片的亮度和评价 LED 光辐射安全性的过程中,一般采用成像 法,对于芯片的测试可以采用显微成像进行测量。光亮度是光源发光表面上某一处 的亮度 L,是该面元dS在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向平 面上的正投影面积之商

光亮度的单位是坎德拉每平方米(cd/m2) 。当发光表面与测量方向垂直时,则 cosθ=1。

四、光照度 光照度是指物体被照亮的程度,采用单位面积所接受的光通量来表示。光照度 与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关,大小与光源的光强和光线的入射 角的余玄成正比,而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。表面上一点的照 度 E 是入射在包含该点面元上的光通量dΦ除以该面元面积dS之商。

单位为勒克斯(LX) ,1LX=1Lm/m2。

LED 发光二极管 LED 概述 LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可 以直接把电转化为光。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,另一端连接电源的正极,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

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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。 编辑本段 LED 历史 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识, 第一个商用二极管产 生于 1960 年。LED 是英文 light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本 结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树 脂密封,即固体封装,所以能起到保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由 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 P-N 结。 在某些半导体材料的 PN 结中, 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而 把电能直接转换为光能。PN 结施加反向电压时,少数载流子难以注入,故不发光。 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称 LED。 当它处于 正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体 晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。 最初 LED 用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大 面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的 红色交通信号灯为例, 在美国本来是采用长寿命、 低光效的 140 瓦白炽灯作为光源, 它产生 2000 流明的白光。 经红色滤光片后, 光损失 90%, 只剩下 200 流明的红光。 而在新设计的灯中, Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源, 包括电路损失在内, 共耗电 14 瓦,即可产生同样的光效。 汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。 对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998 年白光的 LED 开发成功。 这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN 芯片发蓝 光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光

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激发后发出黄色光射,峰值 550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中,覆盖以 混有 YAG 的树脂薄层,约 200-500nm。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收, 另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合, 可以得到得白光。 现在, 对于 InGaN/YAG 白色 LED,通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色 温 3500-10000K 的各色白光。这种通过蓝光 LED 得到白光的方法,构造简单、成 本低廉、技术成熟度高,因此运用最多。 编辑本段白光 LED 上个世纪 60 年代,科技工作者利用半导体 PN 结发光的原理,研制成了 LED 发光二极管。当时研制的 LED,所用的材料是 GaASP,其发光颜色为红色。经过 近30年的发展,现在大家十分熟悉的 LED,已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种 色光。然而照明需用的白色光 LED 仅在近年才发展起来,这里向读者介绍有关照 明用白光 LED。 1、可见光的光谱和 LED 白光的关系。 众所周之, 可见光光谱的波长范围为 380nm~760nm, 是人眼可感受到的七色 光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例 如 LED 发的红光的峰值波长为 565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的,因为 白光不是单色光,而是由多种单色光合成的复合光,正如太阳光是由七种单色光合 成的白色光,而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见, 要使 LED 发出白光,它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性 能的 LED,在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究,人眼睛所 能见的白光,至少需两种光的混合,即二波长发光(蓝色光+黄色光)或三波长发 光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。上述两种模式的白光,都需要蓝色光,所 以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术,即当前各大 LED 制造公司追逐的“蓝光 技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家,比如日本的日亚化学、日 本的丰田合成、美国的 CREE、德国的欧司朗等,所以白光 LED 的推广应用,尤

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其是高亮度白光 LED 在我国的推广还有一个过程。 2、 白光 LED 的工艺结构和白色光源。 对于一般照明,在工艺结构上,白光 LED 通常采用两种方法形成。第一种是 利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光;第二种是多种单色光混合方法。这两种方 法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图 1 所示,图中 LEDGaM 芯片发蓝光(λp=465NM),它和 YAG(钇铝石榴石)荧光粉封装在一 起, 当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光, 结果, 蓝光和黄光混合形成白光 (构成 LED 的结构如图 2 所示)。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起,通过各色光混 合而产生白光。 3、白光 LED 照明新光源的应用前景。 为了说明白光 LED 的特点,先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和 卤钨灯,其光效为 12~24 流明/瓦;荧光灯和 HID 灯的光效为 50~120 流明/瓦。 对白光 LED:在 1998 年,白光 LED 的光效只有 5 流明/瓦,到了 1999 年已达到 15 流明/瓦,这一指标与一般家用白炽灯相近,而在 2000 年时,白光 LED 的光效 已达 25 流明/瓦,这一指标与卤钨灯相近。有公司预测,到 2005 年,LED 的光效 可达 50 流明/瓦,如凯帝光电科技(http://www.kvidi.com)生产的1W白灯就已经 达到 60 流明/瓦,到 2015 年时,LED 的光效可望达到 150~200 流明/瓦。那时的 白光 LED 的工作电流就可达安培级。由此可见开发白光 LED 作家用照明光源,将 成可能的现实。 普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜,但光效低 (灯的热效应白白耗电) , 寿命短,维护工作量大,但若用白光 LED 作照明,不仅光效高,而且寿命长(连 续工作时间 100000 小时以上),几乎无需维护。目前,德国 Hella 公司利用白光 LED 开发了飞机阅读灯;澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光 LED 作路灯 照明;我国的城市交通管理灯也正用白光 LED 取代早期的交通秩序指示灯。可以 预见不久的将来,白光 LED 定会进入家庭取代现有的照明灯。

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LED 光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对 环境无污染、多色发光等的优点,虽然价格较现有照明器材昂贵,仍被认为是它将 不可避免地替代现有照明器件。 编辑本段 LED 特点 LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源, 它有着广泛的用 途。 体积小

LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常 的轻。 耗电量低 LED 耗电非常低, 一般来说 LED 的工作电压是 2-3.6V。 工作电流是 0.02-0.03A。 这就是说:它消耗的电不超过 0.1W。 使用寿命长

在恰当的电流和电压下,LED 的使用寿命可达 10 万小时。 高亮度、低热量

环保 LED 是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时 LED 也可以 回收再利用。 坚固耐用 LED 是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也 没有松动的部分,这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。 编辑本段 LED 分类

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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、 (又细分黄绿、 绿色 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. 按发光管出光面特征分 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。国外通常把 φ3mm 的发光二极管记作 T-1;把 φ5mm 的记作 T-1(3/4);把 φ4.4mm 的记作 T-1(1/4)。 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°~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。 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。 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 100mcd);把发光强 度在 10~100mcd 间的叫高亮度发光二极管。一般 LED 的工作电流在十几 mA 至

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几十 mA,而低电流 LED 的工作电流在 2mA 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。 晶片,什么是 led 晶片? 一、LED 晶片的作用: LED 晶片为 LED 的主要原材料,LED 主要依靠晶片来发光。 二、LED 晶片的组成 主要有砷(AS)铝(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)这几种元素中的若干种组 成。 三、LED 晶片的分类 1、按发光亮度分: A、一般亮度:R﹑H﹑G﹑Y﹑E 等 B、高亮度:VG﹑VY﹑SR 等 C、超高亮度:UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE 等 D、不可见光(红外线):R﹑SIR﹑VIR﹑HIR E、红外线接收管:PT F、光电管:PD 2、按组成元素分: A、二元晶片(磷﹑镓):H﹑G 等 B、三元晶片(磷﹑镓﹑砷):SR﹑HR﹑UR 等 C、四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟):SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑ UE﹑HE、UG 四、LED 晶片特性表(详见下表介绍) LED 晶片型号发光颜色组成元素波长(nm)晶片型号发光颜色组成元素波长 (nm) SBI 蓝色 lnGaN/sic 430 HY 超亮黄色 AlGalnP 595

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SBK 较亮蓝色 lnGaN/sic 468 SE 高亮桔色 GaAsP/GaP 610 DBK 较亮蓝色 GaunN/Gan 470 HE 超亮桔色 AlGalnP 620 SGL 青绿色 lnGaN/sic 502 UE 最亮桔色 AlGalnP 620 DGL 较亮青绿色 LnGaN/GaN 505 URF 最亮红色 AlGalnP 630 DGM 较亮青绿色 lnGaN 523 E 桔色 GaAsP/GaP635 PG 纯绿 GaP 555 R 红色 GAaAsP 655 SG 标准绿 GaP 560 SR 较亮红色 GaA/AS 660 G 绿色 GaP 565 HR 超亮红色 GaAlAs 660 VG 较亮绿色 GaP 565 UR 最亮红色 GaAlAs 660 UG 最亮绿色 AIGalnP 574 H 高红 GaP 697 Y 黄色 GaAsP/GaP585 HIR 红外线 GaAlAs 850 VY 较亮黄色 GaAsP/GaP 585 SIR 红外线 GaAlAs 880 UYS 最亮黄色 AlGalnP 587 VIR 红外线 GaAlA UY 最亮黄色 AlGalnP 595 IR 红外线 GaAs 940 五、注意事项及其它 1、LED 晶片厂商名称:A、光磊(ED) B、国联(FPD)C、鼎元(TK)D、 华上(AOC)E、汉光(HL) F、AXT G、广稼 2、LED 晶片在生产使用过程中需注意静电防护。 六、补充 LED 显示屏(LED panel) :LED 就是 light emitting diode ,发光二极管的英 文缩写,简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文 字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏,均由 LED 矩阵块组成。图文显示 屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏采用微型计算机进行控 制,图文、图像并茂,以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息,还可显

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示二维、三维动画、录像、电视、VCD 节目以及现场实况。LED 显示屏显示画面 色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、 医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 它的优点:亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动 简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。 七、MOCVD 市场调研情况 目前-- MOCVD 设备制造商主要有两家: 1.德国 AIXTRON 公司(英国 THOMAS SWAN 公司已被 AIXTRON 公司收购) 累计销售 1000 台 2007 年 4 月 24 日,AIXTRON 与台湾璨圆光电(Formosa Epitaxy)宣布 AIXTRON 的第一千台 CCS MOCVD(30x2 英寸)在璨圆的工厂内落户,壮大了璨圆 已有的 AIXTRON 设备阵容(包括几台 AIX 2400/2600G3 HT) 最新型号:AIX 2800G4-R AlGaInP MOCVD 2.美国 VEECO 公司(并购美国 EMCORE 公司) 。 其中 AIXTRON 公司(含 THOMAS SWAN 公司)大约占 60-70%的国际市场 份额,而 VEECO 公司占 30-40%。 其他厂家主要包括日本的 NIPPON Sanso 和 Nissin Electric 等, 其市场基本限 于日本国内。如,日本日亚公司和丰田合成等公司生产的 GaN-MOCVD 设备不在 市场上销售,仅供自用;而日本 SANSO 公司生产的 GaN-MOCVD 设备性能优良, 但仅限日本市场销售。从设备性能上来讲,日亚公司设备生产的材料质量和器件性 能,要远优于 AIXTRON 和 EMCORE 的设备。按生产能力计算,GaN-MOCVD 设 备在全球市场的主要分布为: 中国台湾地区 48%, 美国 15%, 日本 15%, 韩国 11%, 中国大陆 7%,欧盟 4%。 PS:第一家做出 MOCVD 的是英国 Thomas Swan 公司 PS:中村修二使用日本 SANSO 的 MOCVD 机台研究出蓝光 目前中村修二在美

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国 CREE 公司 芯片制造企业主要购买德国 AIXTRON 和美国 EMCORE 两家供应商的 MOCVD 设备, 6 片和 9 片机居多, 以 每台设备的价格在 70 万美元到 100 万美元。 近期有企业引进 19 片和 21 片机, 并已有企业开始装备 VEECO 公司生产的比较先 进的 24 片 MOCVD 设备。 八、备注(名词解释) 1.色温 色温究竞是指什么? 我们知道,通常人眼所见到的光线,是由光的三原色(红 绿蓝)组成的 7 种色光的光谱所组成。色温就是专门用来量度光线的颜色成分的。 用以计算光线颜色成分的方法,是 19 世纪末由英国物理学家洛德?凯尔文所创 立的,他制定出了一整套色温计算法,而其具体界定的标准是基于以一黑体辐射器 所发出来的波长。 凯尔文认为,假定某一纯黑物体,能够将落在其上的所有热量吸收,而没有损 失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话,它便会因受到 热力的高低而变成不同的颜色。例如,当黑体受到的热力相当于 500—550℃时, 就会变成暗红色,达到 1050 一 1150℃时,就变成黄色……因而,光源的颜色成分 是与该黑体所受的热力温度相对应的。 只不过色温是用凯尔文(°K、 也就是绝对温度) 的色温单位来表示,而不是用摄氏温度(℃)单位表示的。在加热铁块的过程中, 黑色的铁在炉温中逐渐变成红色,这便是黑体理论的最好例子。当黑体受到的热力 使它能够放出光谱中的全部可见光波时, 它就由红转变橙黄色、 黄色最后变成白色, 通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。色温计算法就是根据以上原理, 用°K 来表示受热钨丝所放射出光线的色温。 根据这一原理, 任何光线的色温是相当 于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”。 颜色实际上是一种心理物理上的作用。所有颜色印象的产生,是由于时断时续 的光谱在眼睛上的反应,所以色温只是用来表示颜色的视觉印象。摄影人都知道:

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有光才有色,没有光就没有色。 彩色胶片的设计,一般是根据能够真实地记录出某一特定色温的光源照明来进 行的,分为 5500 °K 日光型、3200 °K 灯光型等多种。因而,摄影家必须懂得采用 与光源色温相同的彩色胶卷,才会得到准确的色彩再现。如果光源的色温与胶卷的 色温互相不平衡,就不会对色彩进行准确的还原。这时,我们就要靠滤光镜来提升 或降低光源的色温, 使曝光条件与胶卷拟定的色温相匹配, 才会有准确的色彩再现。 而数码照相机、摄像机等要求进行白平衡调整,实际上也就是对数码机器进行拍摄 环境的基础色温定位。目的是同样的:为了色彩的准确再现。 如何准确地进行色温定位?这就需要使用到“色温计”啦。一般情况下,正午 10 点至下午 2 点,晴朗无云的天空,在没有太阳直射光的情况下,标准日光大约在 5200~5500°K。新闻摄影灯的色温在 3200°K;一般钨丝灯、照相馆拍摄黑白照片 使用的钨丝灯以及一般的普通灯泡光的色温大约在 2800°K;由于色温偏低,所以 在这种情况下拍摄的照片扩印出来以后会感到色彩偏黄色。而一般日光灯的色温在 7200~8500°K 左右, 所以在日光灯下拍摄的相片会偏青色。 这都是因为拍摄环境的 色温与拍摄机器设定的色温不对造成的。一般在扩印机上可以进行调整。但如果拍 摄现场有日光灯也有钨丝灯的情况,我们成为混合光源,这种片子很难进行调整。 综上所述,拍摄期间对色温的考量、设定以及调整就显得非常重要。无论你是 使用传统相机还是数码相机以及摄像机。都必须重视色温! 2.光谱 光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波 长(或频率)大小而依次排列的图案。 光波是由原子内部运动的电子产生的.各种物质的原子内部电子的运动情况不 同,所以它们发射的光波也不同.研究不同物质的发光和吸收光的情况,有重要的 理论和实际意义,已成为一门专门的学科——光谱学.下面简单介绍一些关于光谱 的知识.

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分光镜观察光谱要用分光镜,这里我们先讲一下分光镜的构造原理.图 6-18 是分光镜的构造原理示意图. 它是由平行光管 A、 三棱镜 P 和望远镜筒 B 组成的. 平 行光管 A 的前方有一个宽度可以调节的狭缝 S,它位于透镜 L1 的焦平面①处.从 狭缝射入的光线经透镜 L1 折射后,变成平行光线射到三棱镜 P 上.不同颜色的光 经过三棱镜沿不同的折射方向射出,并在透镜 L2 后方的焦平面 MN 上分别会聚成 不同颜色的像(谱线) .通过望远镜筒 B 的目镜 L3,就看到了放大的光谱像.如果 在 MN 那里放上照相底片,就可以摄下光谱的像.具有这种装置的光谱仪器叫做摄 谱仪. 发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.发射光谱有两种类型:连续 光谱和明线光谱.连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱 (彩图 6) .炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱.例如电灯丝发出 的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱. 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱 (彩图 7) 明线光谱中的亮线叫 . 做谱线,各条谱线对应于不同波长的光.稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线 光谱.明线光谱是由游离状态的原子发射的,所以也叫原子光谱.观察气体的原子 光谱,可以使用光谱管(图 6-19) ,它是一支中间比较细的封闭的玻璃管,里面装 有低压气体,管的两端有两个电极.把两个电极接到高压电源上,管里稀薄气体发 生辉光放电,产生一定颜色的光. 观察固态或液态物质的原子光谱,可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去 烧,使它们气化后发光,就可以从分光镜中看到它们的明线光谱. 实验证明,原子不同,发射的明线光谱也不同,每种元素的原子都有一定的明 线光谱.彩图 7 就是几种元素的明线光谱.每种原子只能发出具有本身特征的某些 波长的光,因此,明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线.利用原子的特征谱线可以 鉴别物质和研究原子的结构. 吸收光谱高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的光)通过物质

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时,某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,叫做吸收光谱。例如,让弧光灯发出 的白光通过温度较低的钠气(在酒精灯的灯心上放一些食盐,食盐受热分解就会产 生钠气) ,然后用分光镜来观察,就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的 暗线(见彩图 8.分光镜的分辨本领不够高时,只能看见一条暗线) .这就是钠原子 的吸收光谱.值得注意的是,各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的 发射光谱中的一条明线相对应.这表明,低温气体原子吸收的光,恰好就是这种原 子在高温时发出的光.因此,吸收光谱中的谱线(暗线) ,也是原子的特征谱线, 只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少.


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LED灯珠的技术参数
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灯具技术参数
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LED灯珠有多种型号规格
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LED灯珠技术参数
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