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LED光源是怎么发光的?LED光源的光学参数有哪些?

发布日期:2023-09-20 浏览次数:147

LED光源作为一种固体光源,与其他光源相比,LED光源具有无可比拟的优势:光效高,发光效率高,无辐射,显色性好,驱动电压低,可靠性高,寿命长,尺寸小等优点,被誉为继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明光源。那么,LED光源是怎么发光的?LED光源的光学参数有哪些?本文为大家做了介绍,对LED光源知识感兴趣的朋友可以了解一下!

LED光源

LED光源的发光原理:

LED(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的核心是一个半导体晶片,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,空穴占主导地位,另一端是N型半导体,主要是电子。两部分连接起来时,形成一个P-N结。当电流通过导线作用于晶片的时候,电子会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光原理。


LED光源的特点:

LED光源是通过PN结来实现电光转换的,其特点有:

1.节能

LED的能量消耗较小,随着技术的进步,它将成为一种新型的节能照明光源。目前白光LED的出光效率已经达到150lm/w,远远超过了现在所有照明光源的出光效率。

2.结构牢固

LED是用环氧树脂封闭的固态光源,其结构中没有玻璃泡、灯丝等易损坏的部件。LED是一种全固体结构,因此能够经受住振动、冲击而不致引起损坏。

3.寿命长

普通白炽灯的寿命约为1000小时,荧光灯、金属卤化物灯的寿命不会超过1万小时,而LED目前的使用寿命可长达数万小时。根据研究其使用寿命可达到10万小时。

4.环保

现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中都含有危害人体健康的汞,这些光源的生产过程和废弃的灯管都会对环境造成污染。LED则没有这些问题,其发光颜色纯正,不含有紫外和红外的辐射,它是一种“清洁”的光源。


LED光源的光学参数介绍:

1.视见函数

视见函数是用来反映人眼对不同波长的光的敏感程度的物理量。人眼对光辐射的敏感程度不仅与辐射强度有关,也与辐射波长有关。在可见光范围内,人眼对555nm波长的黄绿光最敏感,对红光和紫光的敏感程度最差。用V(λ)表示,计算方法如下所示:

LED光源视见函数计算公式

2.辐射通量

单位时间内的辐射能量就是辐射通量。辐射通量反映的是辐射能力的强弱。用符号Фe表示。单位瓦特(W)。

3.光通量

光通量(luminous flux)是指人眼所能感受到的辐射功率,用Ф表示。光通量Ф与辐射通量Фe成正比,如下式所示:

光通量计算公式09

Km被称为最大光谱光视效能。

4.显色指数

光源显色指数是衡量光源质量的标准之一。光源的显色根据其效果的差异被分为忠实显色和效果显色两种,忠实显色就是能使人眼分辨出物体的真实颜色。效果显色能够对特定的色彩进行渲染,加强其色彩中蕴含的情绪,给人带来更加丰富的视觉效果和体验。当光源在照射在物体上时,显色指数越高,表明这种光可以很好的表现物体本身的颜色;而在显色指数低的光源下,物体的颜色与物体原本的颜色相差很大。

显色指数的优劣通常是由光源的光谱来决定的。光谱可以决定光源的颜色,然而同样光色的光源可以由不同颜色的光谱组成。因此即使是相同颜色的光源,其光谱不同,显色性也是不同的。通常只有光谱成分复杂的光源才有较好的显色性,若颜色单一,其显色性差。

5.色温

色温是用来定义光源颜色的物理量。在生活中,不同色温的光源可以给我们带来不同的心理感受,营造不同的环境氛围,许多场景对光源的色温有一定要求。

通常将色温小于3300K的光源称为暖光源,将色温在3000-5000K之间的光源称为中间光源,色温大于5000K的光源为则为冷光源。对于LED灯光,暖白光光源的色温约为3000-3200K,正白光光源的色温在6000-6500K间,冷白光光源的色温一般在8000K以上。

6.发光效率

发光效率又称光效,是指一个光源的光通量与光源的电功率的比值,由于人类对不同波长光的敏感度不同,即使两种不同波长的光有相同的发光效率,但是人眼感知的亮度不同。发光效率可以反映这样的差别。发光效率是衡量光源性能的指标,目前LED的发光性能已经超过白炽灯,但还没有达到荧光灯的水平。

7.光照度

光照度指的是被照物体表面单位面积上的光通量,光照度的单位是勒克斯(lx),1lx=1lm/m2,使用光照度来表示物体表面被照明程度。表达式为:

光照度的表达式09

8.亮度

亮度是指发光体或者反光体表面在单位投射面积、单位立体角内的光通量。定义亮度单位是坎德拉/平方米(cd/m2),公式为:

亮度表达式09

上式中的Ω是立体角,Φ是光通量,θ是指定方向与单位面积法线的夹角。亮度是反映发光体(反光体)表面发光(反光)强度的物理量。由于朗伯光源是一种各向同性光源,所以观察者在空间内各个方向观察的亮度相同。

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