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。

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。

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。

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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