LED發光二極管-正在照明-顯示及交通信號領域發光增色

在電子元器件家族里，LED發光二極管是最特殊的，因為英文字母LED遠比中文“發光二極管”普及，不少用戶甚至只知道LED是一種環保光源和指示器，而不知道LED歸屬于二極管門類。

事實上，LED是一種特殊的半導體二極管，可以把電能轉化成光能。與普通二極管一樣，LED也是由PN結組成，也具有單向導電性，加上正電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。

LED發光二極管PN結結構圖

由于不同材料的能量級不同，電子和空穴復合時釋放的能量也不同，發光的波長也不同，能量越大波長越短，我們最常見的是發紅光、綠光或黃光的LED。

可見，LED具有節能、環保、安全、壽命長、功耗低、地熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等等特點。另外，LED電光轉化效率高接近60%，即使反復開關也無損其使用壽命，堅固耐用，在啟動的時候也無延時，本質上決定了LED的新一代光源地位。

LED的特征參數

作為一塊封裝在環氧樹脂里面的小小芯片，LED也非常輕小。由于采用無毒材料制作，LED光源環保、堅固，不易損壞，可以實現各種顏色的組合與變化。

一般來說，LED工作電壓2-3.6V，工作電流0.02-0.03A，耗電非常低，散熱也非常小，使用壽命可達10萬小時以上。

完整的氧化鎵發光二極管晶粒制作流程

電氣性能方面，LED的主要參數有：正向工作電流If、正向工作電壓VF、V-I特性。

（1）正向工作電流If：指LED正常發光時的正向電流值，在實際使用中應根據需要選擇IF在0.6IFm以下。

（2）正向工作電壓VF：一般是在IF=20mA時測得的，一般在1.4-3V，在外界溫度升高時VF將下降。

（3）V-I特性：這是LED的電壓與電流關系。正向電壓小于閾值時，電流極小，不發光，當電壓超過閾值后，正向電流隨電壓迅速增加并發光。

除了上述基本參數，LED的四個極限參數也很重要：

（1）允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值，超過此值，LED發熱、損壞。

（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大正向直流電流，超過此值可損壞二極管。

（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓，超過此值，LED可能被擊穿損壞。

（4）工作環境：LED可正常工作的環境溫度范圍，低于或高于此溫度范圍，LED將不能正常工作，效率大大降低。

LED的種類

按發光顏色，LED可分成紅色、黃色、綠色(又細分黃綠、標準綠和純綠)、藍光等。為了得到白色LED，可將二種或三種顏色的LED芯片組合。

不同材料制作的LED發光波長圖

按出光面特征，LED分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等；圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等；國外通常把φ3mm的LED記作T-1；把φ5mm的記作T-1(3/4)；把φ4.4mm的記作T-1(1/4)。

按照發光強度角分布圖，LED分為三類：

（1）高指向性：一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑，半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。

（2）標準型：通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。

（3）散射型：這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。

按封裝結構，LED分全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝、玻璃封裝等結構。

應用中，我們一般按發光強度和工作電流，將LED分為為普通亮度(發光強度<10mcd)、超高亮度(發光強度>100mcd)、高亮度發(發光強度在10～100mcd間)三個檔次，對應用戶的不同采購需求。

LED應用事項

在所有科技中，LED是最接地氣的，并成為日常生活的一部分。手機、平板、電腦、電視中的LCD背光照明和指示燈，家里的各種照明燈，汽車的頭燈、尾燈、方向燈和車內照明等，高樓大廈外邊的彩燈，天橋上五顏六色的燈鏈，道路岔口的信號燈，商業區的LED顯示屏，還有用來培育綠色有機植物的LED植物燈……可以說，LED已經成為日、月自然光源之外的第一人造光源。

雖然LED集千萬優勢于一體，光衰始終是一個無法回避的缺憾。這主要歸結于LED芯片本身的質量問題，以及生產工藝存在的缺陷，因為不良的LED芯片散熱性差，引發LED芯片溫度過高使芯片衰減加劇，導致發光效果打不到預期。另外，LED為恒流驅動，如果驅動電流大于額定驅動條件就可能產生光衰，有些應用采用電壓驅動也使LED衰減過快。

因此，為應用選擇LED時應注意以下事項：

（1）高可靠性特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。

（2）高效率LED是節能產品，驅動電源的效率要高，對于電源安裝在燈具內的結構，尤為重要，因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要，電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升，對延緩LED的光衰有利。

（3）高功率因素功率因素是電網對負載的要求，一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標，雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大，但晚上大家點燈，同類負載太集中，會對電網產生較嚴重的污染，對于30~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。

（4）驅動方式通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電，這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點；另一種是直接恒流供電，LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題，這兩種形式，在一段時間內并存，多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好，也許是以后的主流方向。

（5）浪涌保護LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力，加強這方面的保護也很重要，有些LED燈裝在戶外，如LED路燈，由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞，因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。

（6）保護功能電源除了常規的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。

（7）防護方面燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。

（8）驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。

（9）要符合安規和電磁兼容的要求。

目前，LED正在越來越多的地方發光增色，成為大家日常生活不可或缺的光彩元素。特別是在環保節能的大趨勢下，各大LED廠商及研究機構不斷加大對LED的投入和研發，LED世界將會更潔凈，更健康，更友好。

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