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LED发光二极管-正在照明-显示及交通信号领域发光增色

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2020-05-19 浏览:-

LED发光二极管-正在照明-显示及交通信号领域发光增色

在电子元器件家族里,LED发光二极管是最特殊的,因为英文字母LED远比中文“发光二极管”普及,不少用户甚至只知道LED是一种环保光源和指示器,而不知道LED归属于二极管门类。

事实上,LED是一种特殊的半导体二极管,可以把电能转化成光能。与普通二极管一样,LED也是由PN结组成,也具有单向导电性,加上正电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。

LED发光二极管

LED发光二极管PN结结构图

由于不同材料的能量级不同,电子和空穴复合时释放的能量也不同,发光的波长也不同,能量越大波长越短,我们最常见的是发红光、绿光或黄光的LED。

可见,LED具有节能、环保、安全、寿命长、功耗低、地热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等等特点。另外,LED电光转化效率高接近60%,即使反复开关也无损其使用寿命,坚固耐用,在启动的时候也无延时,本质上决定了LED的新一代光源地位。

LED的特征参数

作为一块封装在环氧树脂里面的小小芯片,LED也非常轻小。由于采用无毒材料制作,LED光源环保、坚固,不易损坏,可以实现各种颜色的组合与变化。

一般来说,LED工作电压2-3.6V,工作电流0.02-0.03A,耗电非常低,散热也非常小,使用寿命可达10万小时以上。

LED发光二极管

完整的氧化镓发光二极管晶粒制作流程

电气性能方面,LED的主要参数有:正向工作电流If、正向工作电压VF、V-I特性。

(1)正向工作电流If:指LED正常发光时的正向电流值,在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。

(2)正向工作电压VF:一般是在IF=20mA时测得的,一般在1.4-3V,在外界温度升高时VF将下降。

(3)V-I特性:这是LED的电压与电流关系。正向电压小于阈值时,电流极小,不发光,当电压超过阈值后,正向电流随电压迅速增加并发光。

除了上述基本参数,LED的四个极限参数也很重要:

(1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值,超过此值,LED发热、损坏。

(2)最大正向直流电流IFm:允许加的最大正向直流电流,超过此值可损坏二极管。

(3)最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压,超过此值,LED可能被击穿损坏。

(4)工作环境:LED可正常工作的环境温度范围,低于或高于此温度范围,LED将不能正常工作,效率大大降低。

LED的种类

按发光颜色,LED可分成红色、黄色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。为了得到白色LED,可将二种或三种颜色的LED芯片组合。

LED发光二极管

不同材料制作的LED发光波长图

按出光面特征,LED分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等;圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等;国外通常把φ3mm的LED记作T-1;把φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4)。

按照发光强度角分布图,LED分为三类:

(1)高指向性:一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂,半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。

(2)标准型:通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。

(3)散射型:这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

按封装结构,LED分全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装、玻璃封装等结构。

应用中,我们一般按发光强度和工作电流,将LED分为为普通亮度(发光强度<10mcd)、超高亮度(发光强度>100mcd)、高亮度发(发光强度在10~100mcd间)三个档次,对应用户的不同采购需求。

LED应用事项

在所有科技中,LED是最接地气的,并成为日常生活的一部分。手机、平板、电脑、电视中的LCD背光照明和指示灯,家里的各种照明灯,汽车的头灯、尾灯、方向灯和车内照明等,高楼大厦外边的彩灯,天桥上五颜六色的灯链,道路岔口的信号灯,商业区的LED显示屏,还有用来培育绿色有机植物的LED植物灯……可以说,LED已经成为日、月自然光源之外的第一人造光源。

LED发光二极管

虽然LED集千万优势于一体,光衰始终是一个无法回避的缺憾。这主要归结于LED芯片本身的质量问题,以及生产工艺存在的缺陷,因为不良的LED芯片散热性差,引发LED芯片温度过高使芯片衰减加剧,导致发光效果打不到预期。另外,LED为恒流驱动,如果驱动电流大于额定驱动条件就可能产生光衰,有些应用采用电压驱动也使LED衰减过快。

因此,为应用选择LED时应注意以下事项:

(1)高可靠性特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大。

(2)高效率LED是节能产品,驱动电源的效率要高,对于电源安装在灯具内的结构,尤为重要,因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降,所以LED的散热非常重要,电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的温升,对延缓LED的光衰有利。

(3)高功率因素功率因素是电网对负载的要求,一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标,虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上大家点灯,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染,对于30~40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

(4)驱动方式通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电,这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点;另一种是直接恒流供电,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题,这两种形式,在一段时间内并存,多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好,也许是以后的主流方向。

(5)浪涌保护LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力,加强这方面的保护也很重要,有些LED灯装在户外,如LED路灯,由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏,因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力。

(6)保护功能电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高。

(7)防护方面灯具外安装型,电源结构要防水、防潮,外壳要耐晒。

(8)驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。

(9)要符合安规和电磁兼容的要求。

目前,LED正在越来越多的地方发光增色,成为大家日常生活不可或缺的光彩元素。特别是在环保节能的大趋势下,各大LED厂商及研究机构不断加大对LED的投入和研发,LED世界将会更洁净,更健康,更友好。

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