和二極管陣營漸行漸遠的LED發光二極管

在二極管大家庭里，LED（發光二極管）是應用最廣泛、用量最大的二極管門類。由于生活中隨處可見LED身影，特備是在照明和戶外顯示領域中的重要角色，LED漸漸脫穎而出甚至自立門戶，讓人們模糊了LED的二極管屬性，只知道LED是一種綠色環保的高效光源。

LED是英文Light Emitting Diode的縮寫。同電子線路中普遍應用的開關二極管、穩壓二極管、TVS二極管、整流二極管、快恢復二極管、ESD保護二極管不同，LED用作光源和信號指示，并不用來實現電路參數和功能。

什么是LED？

LED是由電子（帶負電）多的N (-：negative) 型半導體和空穴（帶正電）多的P (+：positive) 型半導體結合而成。該半導體施加正向電壓時，電子和空穴就會移動并在結合部再次結合，正是再結合的能量轉變成光而發出。與先將電能轉換為熱能，再轉換為光能的傳統光源相比，LED能夠直接將電能轉換為光能，是迄今最節能、最高效的照明光源。

發光二極管正負極內部結構圖

LED的商業化始于1993年，時年制造出業界首例基于氮化鎵的高亮度藍光LED，隨后代表LED行業巔峰的白光LED問世，并作為第4照明光源備受注目和大量普及。

根據封裝類型，LED有兩種類型：燈泡型（引線型）和芯片型（表面貼裝型），用戶可根據用途選擇適合的類型。

LED的發光顏色

LED根據不同的使用材料，發出不同的發光顏色（發光波長）。波長的標準有兩種類型λP（峰值波長）和λD（主波長），λD相當于實際人眼看到的顏色（λ=讀拉姆達）。

在交通信號、汽車頭燈等領域，針對特定用途已經有相關的官方標準發布，多數情況被標準化為燈泡光源規格，應用中應該參照標準選擇符合波長規格的LED產品。

白光LED發光二極管的合成方法

至于白光LED，這是通過多種方法合成的，一些代表性的方法有：

（1）藍色LED + 黃色熒光體：藍色LED與其輔助色即黃色熒光體組合，獲得白色光。該方式與其他方式相比，結構簡單、效率高，因此目前已成為照明領域的主流方式。

（2）紅色LED + 綠色LED + 藍色LED：這是通過三基色LED組合，獲得白光。該方式比起照明用途，更多用于全彩LED顯示設備，如戶外LED顯示屏，LCD背光照明等。

LED電路結構

當電流沿LED正向流動時，正極和負極間產生的電壓稱為正向電壓（VF），單位為V（伏特）。實際應用中，這個特性是最為重要的考慮項目。

正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性

正向電流（IF）-正向電壓（VF）特性隨LED元件的材料、尺寸以及發光顏色的不同而不同。而且隨環境溫度變化。此外，還具有半導體特有的特征值分布，即所謂的偏差。

當LED恒流驅動時，正向電壓（VF）的變化不構成大的問題，但在恒壓驅動的情況下，需要考慮電壓變化和偏差。

（1）串聯照明電路：當LED以恒壓驅動方式串聯點亮時，電路中包含與LED串聯的電阻，用于控制電流。根據正向電流（IF）-正向電壓（VF）特性，讀取亮燈時LED的正向電流（IF）和正向電壓（VF）值，就可以算出R（電流控制電阻）值。

串聯LED照明電路示例

（2）并聯照明電路：將LED以恒壓驅動方式并列排列時，建議給每列LED加入控制電阻。LED的正向電流（IF）-正向電壓（VF）特性取決于元件的材料和發光顏色。即使具有相同的材料和發光顏色，也存在半導體特有的個體偏差。每個LED連一個電阻，可以設置每個LED的電流（IF1或IF2），因此更容易自由設定，例如均衡電流值、抑制亮度偏差。另外，通過加大輸入電壓（Vin），增加電阻兩邊的電壓，還可以減少偏差。

并聯LED照明電路示例

在應用中，工程師除了需要考慮LED的光強、波長、正向電壓(VF)、節溫(Tj)以外，要要注意一些特性偏差。例如，LED在制造階段具有特性值分布，對光強等級、電氣特性規定了最小值等，進行光學設計、電路設計時需要考慮這些偏差，在根據電路特性、整機特性縮小偏差幅度的同時，保留一定的設計裕量。

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