【光电科普知识】系列12：LED灯的发光原理以及LED灯带

发布日期：2023-11-13 点击率：213

一、led灯的发光原理是什么?

LED发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，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。了解LED灯的发光原理得熟知它的硬性条件。首先LED灯的制作主要是III-IV族化合物，例如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等族化合物，其核心就是PN结。

P型半导体内部有大量带正电荷的空穴及带负电荷的电离子，由于电场作用，电离子是固定不动，空穴是可移动的。而N型半导体内部有很多负电子和固定的正离子，由于电场的作用，正离子是固定的，负电子是可移动的。假如给PN结外加正向电压，P型一边结正极，N型一边接负极，则电流的流动方向由P到N，而空穴与自由电子则向界面运动，使空间电荷区变窄，电流就会顺利通过。假如给PN结外加反向电压，则空穴和自由电子远离界面，使空间电荷区变宽，电流不会通过。

所以在半导体晶片两极加正向电压，某些族化合物半导体材料的PN结会注入少数载流子和多数载流子，复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而实现电能到光能的转换。若加反向电压，少数载流子是很难注入，那么无载流子复合则没有多余能量释放，从而无法实现电能到光能的转换。这就是LED灯的发光原理。LED能够取代白炽灯成为新一代照明灯具，它的很多优点是白炽灯不具有的，例如高效节能、使用安全、体积小、控制性强、绿色环保、使用寿命长、发光稳定等优点，成为现代社会照明灯具的翘楚，也是传统照明灯具退出历史舞台的根源。

1、LED调光器的原理有三种

原理1：波宽控制调光（Pulse Width Modulation，简称PWM）将电源方波数位化，并控制方波的占空比，从而达到控制电流的目的。

原理2：恒流电源调控用模拟线性技术可以轻易调整电流的大小。

原理3：分组调控将多颗LED分组，用简单的分组器调控。

2、LED其发光过程包括三部分：

正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

LED灯具照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LED背光源等市场。

二、“见光不见灯“的LED灯带

1、关于LED灯带

LED灯带的真面目就像带子一样，再加上用的是LED光源，顾名思义，称之为LED灯带，直接接220V的市电就可以亮了，用固定卡固定，用起来不难。

LED灯带是最近几年，随着LED技术的发展而诞生的，在没有LED灯带时，用的是T4、T5灯管来做背光，但T4、T5灯管最小尺寸是0.3米，这意味着如果有不足0.3米时，会留下暗区，而LED灯带呢，均匀发光，而且可以根据实际长度进行裁剪，非常方便，再加上红、绿、蓝、黄、白、暖白等这么多的光色可选，甚至还有七彩变幻，现在基本上很少用T4、T5管了，改成用LED灯带了！

2、LED灯带的发光颜色

LED灯带的发光颜色，其实就是LED灯的发光颜色。如上介绍，LED灯带有红、黄、蓝、绿、正白、暖白等单色光，也有七彩变化。一般家居中用暖白光的居多，因为可以营造出很温馨的氛围。

3、常用的种类

目前常用的LED灯带种类，是3528和5050灯带（3528指的是LED光源尺寸，长32mm宽28毫米，5050指的是LED光源长宽都是50毫米），二者区别一方面是尺寸不同，另一方面是5050灯珠里面有3颗LED芯片，而3528里只有1颗LED芯片，因此相同灯珠数下， 5050 LED灯带亮度是3528 LED灯带的3倍，功率也是其3倍，价格也要比其贵一些。

关于耗电量，这涉及到电费的问题，很多用户都非常关注这个问题。3528灯珠的额定功率为0.06W（0.02A*3V=0.06W），而5050的额定功率为0.18W（0.02A*3V*3=0.18W），因为电路中会加有保护电阻，这样算下来，按60灯/米，一米3528灯带的功耗是4W左右，一米5050灯带是12W左右，如果装几十米，耗电量差距还是很大的。不过灯带，主要是用来打亮灯槽的，装饰特点居多，因此兼顾到耗电量、价格等因素，3528每米60灯的LED灯带，用的最多。

4、结构组成及安装事项

① led灯带的结构包括灯珠、电路板、导线、裹胶、电阻和相关配件。

② LED灯带一般是100米一卷，选购时根据自己需要的长度，订购多少，这些要提前告诉卖家，一般会帮您截好的。家里要用好几段，每一段配一个接头，直接插上插座就行了。如果您想自己动手剪切，需要注意，灯带一般会标明专门的剪刀口，在剪刀口剪开，接好，就可以用了。切记：一定要按照说明去裁剪，否则会造成不亮！

③ 灯带是有配件的，配件一般有插头(就是电源）、插针（连接用的）、固定卡（固定灯带用的塑料卡子）和尾塞（保护灯带尾部的塑料套套)，这些配件一般商家都会有配送，但是需要先和商家协商好，别到时少了。