淺談led光源的特性

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1、1、引言????20世紀(jì)中葉出現(xiàn)在市場(chǎng)上的第一批LED發(fā)光二板管，經(jīng)過近50年歷程，技術(shù)上已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。發(fā)光效率達(dá)到50Lm/w，光強(qiáng)達(dá)燭光級(jí)，輻射顏色形成包括白色光的多元化色彩，壽命達(dá)數(shù)萬小時(shí)。尤其近10年中，LED的質(zhì)量提高了10倍，而制造成本下降到早期的10分之一，這個(gè)趨勢(shì)正在進(jìn)一步疾速地延續(xù)之中，從而使LED成為信息光電子新興產(chǎn)業(yè)中板具影響的新產(chǎn)品，在顯示技術(shù)領(lǐng)域中占有其特殊的舉足輕重的一席之地。更由于LED的低壓供電，附件簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，可控性強(qiáng)，色彩純正和豐富，高亮度、高防潮、防震性能節(jié)能環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，使LED成為室內(nèi)外景觀照明的優(yōu)選產(chǎn)品和任何輻射光源，低氣壓放電光源及

2、高強(qiáng)度光源一樣，LED光源也有著自己的基本特征與特性，本文淺談LED光源的基本特性。2、LED工作機(jī)理????LED是Light??Emitting??Diode（發(fā)光二極管）的簡(jiǎn)稱，它是一種半導(dǎo)體二極管。結(jié)構(gòu)上是一種允許電流單向?qū)ǖ钠骷?。通常是采用兩種性質(zhì)有細(xì)微差異的材料構(gòu)成的PN結(jié)組成（如圖1所示），P面是帶過量的負(fù)電荷（通常稱“空穴”），N面是帶過量的負(fù)電荷（電子）。當(dāng)正向?qū)ǖ碾妷杭釉谶@個(gè)半導(dǎo)體材料的PN結(jié)上時(shí)，電子就會(huì)從N區(qū)向P區(qū)移動(dòng)，而空穴從P區(qū)向N區(qū)移動(dòng)，在P區(qū)和N區(qū)的交界處電子和空穴發(fā)生復(fù)合，復(fù)合過程中能量就會(huì)以光的形式從LED中發(fā)射出來。????LED發(fā)光的顏色由組成的

3、半導(dǎo)體的材料決定。目前照明領(lǐng)域使用的LED有兩大類：一類是磷化鋁，磷化鎵和磷化銦的合金（AlGalnP或AlInGaP）可以做成紅色、橙色和黃色的LED；另一類是氮化銦和氮化鎵的合金（InGaP）來做成綠色、藍(lán)色和白色的LED。值得注意的是只要合金組分有細(xì)微的變化，發(fā)光顏色就會(huì)有比較大的改變。3、LED的伏安特性????LED的伏安特性如圖3所示，它與通常的半導(dǎo)體二級(jí)管伏安特性大致相同?？梢越普J(rèn)為電流I與電壓V的n次方成正比，電壓V較小時(shí)電流I主要為漏電流，數(shù)值很小。隨著外加正向電壓增大達(dá)到PN結(jié)內(nèi)部電位差時(shí)，正向電流急劇加大，LED的驅(qū)動(dòng)電路必須考慮這一特點(diǎn)，在電路中需要串聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的

4、電阻限制電流，以防止燒毀PN結(jié)。在驅(qū)動(dòng)電源電壓時(shí)，串聯(lián)電阻大小決定了LED的工作電流。4、LED的光性能4-1??LED的光輸出??與目前的照明光源相比，LED的光輸出仍相對(duì)比較低，因此還得采用多個(gè)LED的陣列或其它結(jié)構(gòu)來進(jìn)行照明應(yīng)用，目前實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的單個(gè)白光LED的光輸出已經(jīng)接近100流明。另外LED的光通量還和輸出波長(zhǎng)有關(guān)。表1出了目前各種顏色的照明用LED達(dá)到的光通量水平。表1各種LED的光通量水平顏色光通量（lm）白光18-87藍(lán)光7-30綠光25-120黃光20-69紅光25-554-2??LED的光束角??早期的LED的光束角比較窄，給照明應(yīng)用帶來很大困難。目前經(jīng)過對(duì)LED的

5、結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可以得到余弦的光型分布?，F(xiàn)在可以在LED內(nèi)加上控光器件來達(dá)到適合不同用途的光型分布。另外在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，還可以通過外部燈具來進(jìn)一步調(diào)整光型分布，以達(dá)到更好的應(yīng)用效果。早期的LED是作為指示用途的，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成光線向前發(fā)射，目前可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，可以得到各方向發(fā)光的LED，當(dāng)然LED的散熱基片會(huì)影響發(fā)光的方向。4-3??LED的高亮度和光輸出的關(guān)系??在以前，所有的LED制造商都是用發(fā)光亮度來標(biāo)定LED的性能的，亮度的單位是是坎德拉（Candela），因?yàn)槟菚r(shí)的LED主要是作指示用途，所以不考慮光通量輸出的情況。在LED的不同方向的發(fā)光亮度有很大的差別，而且不同的光型分布也會(huì)

6、對(duì)發(fā)光亮度的大小有影響，因此用發(fā)光亮度數(shù)據(jù)來衡量光通量是不合理的。我們?cè)诳紤]LED的光通量輸出的大小時(shí)，不僅要考慮發(fā)光亮度的最大值，還要考慮其光束角的大小。在兩個(gè)LED的光通量輸出相同的情況下，光束角的不同會(huì)使它們的發(fā)光亮度差別十分大。目前LED的光束角的范圍大概是6-100度，因此使用亮度來表示照明LED的性能不確切，應(yīng)該采用光通量輸出來標(biāo)定。??值得注意的是，當(dāng)我們用光束角很小的LED陣列設(shè)計(jì)時(shí)，由于安裝位置的小變化或者瞄準(zhǔn)角度的偏差都會(huì)給實(shí)際的使用效果帶來很大的影響。5、LED的電特性????LED是低電壓工作的電子元件，一般指示LED采用2到4V的直流電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其電流范圍約1到5

7、0mA。對(duì)于照明LED系統(tǒng)來說，單個(gè)LED需要的驅(qū)動(dòng)電壓是相同的，但電流會(huì)大些，一般會(huì)達(dá)到幾百毫安。在使用多個(gè)LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu)可以使用高電壓來驅(qū)動(dòng)。????LED是單向?qū)ǖ?，反向的電壓?huì)損壞LED。因此生產(chǎn)商需要標(biāo)明LED所能夠承受的反向電壓，一般在5V左右。表2給出了LED的電氣特性參數(shù)。圖4給出了LED在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓25℃時(shí)的典型電氣特性曲線。表2LED的電氣特性參數(shù)參數(shù)蘭蘭綠綠白色琥珀色橙紅黃單位反向電壓55555