和二极管阵营渐行渐远的LED发光二极管

在二极管大家庭里，LED（发光二极管）是应用最广泛、用量最大的二极管门类。由于生活中随处可见LED身影，特备是在照明和户外显示领域中的重要角色，LED渐渐脱颖而出甚至自立门户，让人们模糊了LED的二极管属性，只知道LED是一种绿色环保的高效光源。

LED是英文Light Emitting Diode的缩写。同电子线路中普遍应用的开关二极管、稳压二极管、TVS二极管、整流二极管、快恢复二极管、ESD保护二极管不同，LED用作光源和信号指示，并不用来实现电路参数和功能。

什么是LED？

LED是由电子（带负电）多的N (-：negative) 型半导体和空穴（带正电）多的P (+：positive) 型半导体结合而成。该半导体施加正向电压时，电子和空穴就会移动并在结合部再次结合，正是再结合的能量转变成光而发出。与先将电能转换为热能，再转换为光能的传统光源相比，LED能够直接将电能转换为光能，是迄今最节能、最高效的照明光源。

发光二极管正负极内部结构图

LED的商业化始于1993年，时年制造出业界首例基于氮化镓的高亮度蓝光LED，随后代表LED行业巅峰的白光LED问世，并作为第4照明光源备受注目和大量普及。

根据封装类型，LED有两种类型：灯泡型（引线型）和芯片型（表面贴装型），用户可根据用途选择适合的类型。

LED的发光颜色

LED根据不同的使用材料，发出不同的发光颜色（发光波长）。波长的标准有两种类型λP（峰值波长）和λD（主波长），λD相当于实际人眼看到的颜色（λ=读拉姆达）。

在交通信号、汽车头灯等领域，针对特定用途已经有相关的官方标准发布，多数情况被标准化为灯泡光源规格，应用中应该参照标准选择符合波长规格的LED产品。

白光LED发光二极管的合成方法

至于白光LED，这是通过多种方法合成的，一些代表性的方法有：

（1）蓝色LED + 黄色荧光体：蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合，获得白色光。该方式与其他方式相比，结构简单、效率高，因此目前已成为照明领域的主流方式。

（2）红色LED + 绿色LED + 蓝色LED：这是通过三基色LED组合，获得白光。该方式比起照明用途，更多用于全彩LED显示设备，如户外LED显示屏，LCD背光照明等。

LED电路结构

当电流沿LED正向流动时，正极和负极间产生的电压称为正向电压（VF），单位为V（伏特）。实际应用中，这个特性是最为重要的考虑项目。

正向电流(IF)-正向电压(VF)特性

正向电流（IF）-正向电压（VF）特性随LED元件的材料、尺寸以及发光颜色的不同而不同。而且随环境温度变化。此外，还具有半导体特有的特征值分布，即所谓的偏差。

当LED恒流驱动时，正向电压（VF）的变化不构成大的问题，但在恒压驱动的情况下，需要考虑电压变化和偏差。

（1）串联照明电路：当LED以恒压驱动方式串联点亮时，电路中包含与LED串联的电阻，用于控制电流。根据正向电流（IF）-正向电压（VF）特性，读取亮灯时LED的正向电流（IF）和正向电压（VF）值，就可以算出R（电流控制电阻）值。

串联LED照明电路示例

（2）并联照明电路：将LED以恒压驱动方式并列排列时，建议给每列LED加入控制电阻。LED的正向电流（IF）-正向电压（VF）特性取决于元件的材料和发光颜色。即使具有相同的材料和发光颜色，也存在半导体特有的个体偏差。每个LED连一个电阻，可以设置每个LED的电流（IF1或IF2），因此更容易自由设定，例如均衡电流值、抑制亮度偏差。另外，通过加大输入电压（Vin），增加电阻两边的电压，还可以减少偏差。

并联LED照明电路示例

在应用中，工程师除了需要考虑LED的光强、波长、正向电压(VF)、节温(Tj)以外，要要注意一些特性偏差。例如，LED在制造阶段具有特性值分布，对光强等级、电气特性规定了最小值等，进行光学设计、电路设计时需要考虑这些偏差，在根据电路特性、整机特性缩小偏差幅度的同时，保留一定的设计裕量。

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