LED的重要參數(shù)

1、 LED 的重要參數(shù)1.LED 極限參數(shù)的意義（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(fā)熱、損壞。（2）最大正向直流電流IFm ：允許加的最大的正向直流電流。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，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2電參數(shù)的意義(1光譜分布和峰值波長：某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長，其波長大體按圖2-1所示。由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長0的光強最大，

2、該波長為峰值波長。(2發(fā)光強度IV ：發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發(fā)光1坎德拉（符號為cd ）。由于一般LED 的發(fā)光二強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉(mcd作單位。(3光譜半寬度:它表示發(fā)光管的光譜純度。是指圖2-1中1/2峰值光強所對應(yīng)兩波長之間隔。(4半值角1/2和視角：1/2是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。 圖2-2 不同型號LED 光強分布半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。圖2-2給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO 的坐

3、標(biāo)為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為1，離開法線方向的角度大，相對發(fā)光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。(5正向工作電流If ：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。在實際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF 在0.6IFm 以下。(6正向工作電壓VF ：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF 在1.43V 。在外界溫度升高時，VF 將下降。(7V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖2-3表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電

4、流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I 曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流Ir10A以下。圖2-3 LED 的V-I 特性曲線2.2:LED的分類按發(fā)光管發(fā)光顏色分按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管發(fā)出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管適合于做指示燈用。按發(fā)光管出光面特征分按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按

5、直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。國外通常把3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把5mm的記作T-1（3/4）；把4.4mm的記作T-1（1/4）。由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。從發(fā)光強度角分布圖來分有三類：(1高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為520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(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。(2標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為2045。(3散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為4590或更大，散射劑的量較大。按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)

6、氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。按發(fā)光強度和工作電流分按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的LED （發(fā)光強度100mcd）；把發(fā)光強度在10100mcd 間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED 的工作電流在十幾mA 至幾十mA ，而低電流LED 的工作電流在2mA 以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。按發(fā)光波長分發(fā)光二極管依發(fā)光波長分為可見光發(fā)光二極管(波長450680nm 與可見光發(fā)光二極管(波長8501550nm兩大類。若以其使用的磊晶層材料可進一步分為二元化合物(如GaAs 、GaSb 、GaN 等 、三元化合物( 如AlxGa1-xAs 、AlxGa1-xP 、In1-xGaxAs 等

7、、四元化合物( 如AlInGaP 、InAlGaAs 、AlxGa1-xAsyP1-y 等 及GaN 系化合物四大類。除上述分類方法外，還有按芯片材料分類等按功能分類的。2.3:LED的使用說明焊接溫度在260左右，時間控制在5S 以內(nèi)，焊接點離膠體底部在2.5mm 以上，電烙鐵一定要接地。請勿帶電焊接LED 。通電情況下，避免在80以上高溫作業(yè)，如有高溫作業(yè)一定要做好散熱。所有與藍、綠、紫、白LED 相關(guān)作業(yè)人員一定要做好防靜電：如帶靜電環(huán)；穿靜電衣；穿靜電鞋等。帶有線靜電環(huán)時，靜電環(huán)一定要接地，并且地線與市地線電位差不要超過5V ；或者阻抗不要超過25。作業(yè)機臺與作業(yè)面均需加裝地線。2.3

8、.3 LED的工作電流使用LED 時電流最好不要20mA ，最好使用15-19 mA。2.3.4 LED安裝位置器件不可與發(fā)熱組件靠得太近，工作條件不可超過其規(guī)定的極限。2.3.5 LED的清潔如需清潔LED 時，建議用超聲波清洗LED ，如暫時沒有超聲波清洗機可暫用酒精代替，但清洗時間不要超過1分鐘。特別強調(diào)：不要用有機溶濟（如丙酮，天那水）清洗或擦洗LED 膠體，會造成不發(fā)光或膠體內(nèi)部破裂，導(dǎo)致LED 內(nèi)部金線與芯片過激破壞。2.3.6 LED的彎腳處理LED 在彎腳或拆腳時請不要離膠體太近，應(yīng)與膠體保持2mm 以上的距離，否則會使LED 里面支架與金線分離；管腳在同一處的折疊不要超過3次

9、，管腳彎成90，再回到原位置為1次。2.4 LED的連接形式LED 作為驅(qū)動電路的負(fù)載，經(jīng)常需要幾十個甚至上百個LED 組合在一起，構(gòu)成發(fā)光組件，LED 負(fù)載的連接形式直接關(guān)系到其可靠性和壽命。(1串聯(lián)連接形式：即將多個LED 的正極對負(fù)極連接成串，其優(yōu)點通過每個LED 的工作電流一樣，一般應(yīng)串入限流電阻R ，如圖2-4(左邊 的電路，則：Vcc=IfR+Vfn，If=(Vcc-Vfn/R。假定為N=8的GaAs 材料LED ，設(shè)計正向電流If=20mA為目標(biāo)值，單個LED 正向電壓Vf=2.0V，則VD 8Vf=16.0V ，VR IfR 20mA200=4.0V，Vcc=VD+ VR=20

10、.0V。圖2-4 LED 的串聯(lián)，并聯(lián)與混聯(lián)電路當(dāng)單管Vf 離散性較大時，假設(shè)VD=15.616.4V 時，則對應(yīng)VR=4.43.6V ，很容易計算If=22mA18mA ，可以得出單個LED 光強變化量在10以內(nèi)，基本上保持發(fā)光組件亮度均勻。當(dāng)出現(xiàn)一個LED 短路時，VD=14V 則VR=6V；If=VR/R=30mA，實際上由于單管短路造成If 上升，單管Vf 隨If 的增加而增加，VD 應(yīng)高于14V ，則VR 小于6V ，燈串電流應(yīng)小于30mA ，具體電流值與所采用不同的LED 單管有關(guān)，實驗中測量為28mA 左右；當(dāng)出現(xiàn)一個LED 開路時，將導(dǎo)致這串8個LED 熄滅，從原理上LED 開

11、路的可能性極小，但整串熄滅的風(fēng)險還是存在。（2 并聯(lián)連接形式：即將多個LED 的正極與正極、負(fù)極與負(fù)極并聯(lián)連接（如圖2-4中間），其特點是每個LED 的工作電壓一樣，總電流為Ifn，為了實現(xiàn)每個LED 的工作電流If 一致，要求每個LED 的正向電壓也要一致。但是，由于器件之間特性參數(shù)存在一定差別，且LED 的正向電壓Vf 隨著溫度上升而下降，不同LED 可能因為散熱條件差別，而引發(fā)工作電流If 的差別，散熱條件較差的LED 溫度上升也較大；正向電壓Vf 下降也較大，造成工作電流If 上升，而工作電流If 上升又加劇溫升，如此循環(huán)可能導(dǎo)致LED 燒毀。因此LED 一般不采用直接并聯(lián)的方式；如要

12、采用LED 直接并聯(lián)的方式，應(yīng)考慮器件和環(huán)境差別等因素對電路的影響，設(shè)計時要有預(yù)留量，如因要與電源電壓相配合則可在每個LED 中串聯(lián)合適的電阻，可降低LED 被燒毀的風(fēng)險。（3）LED 的混聯(lián)形式圖2-4右邊為先串聯(lián)后并聯(lián)混合連接構(gòu)成的發(fā)光組件。對于單組串聯(lián)LED 來講，即使由于器件和使用條件的差別，導(dǎo)致單組中個別LED 芯片喪失PN 結(jié)特性，出現(xiàn)短路或開路的情況，只是在單組中的LED 工作電流If 發(fā)生變化，對整個并聯(lián)電路來說變化相對較小，不至于使整個發(fā)光組件失效。因此說這種連接形式的發(fā)光組件可靠性高，并且對LED 的要求也較寬松，適用范圍大，不需要特別挑選LED ，整個發(fā)光組件的亮度也相對

13、均勻。在工作環(huán)境因素變化較大情況下，使用這種連接形式的發(fā)光組件效果較為理想，目前在大量照明實例中大多數(shù)采用該連接方式。用多顆LED 組成一個發(fā)光面時，應(yīng)盡量用同一發(fā)光亮度的LED 去組合，但在無法保證得到相同發(fā)光亮度時，實踐證明配備的原則是中間用發(fā)光亮度稍小的LED ，而周圍用發(fā)光亮度較大的LED ，這樣的配置能使整個發(fā)光面看起來較勻稱。圖2-5 LED 交叉陣列形式連接圖（4）交叉陣列形式為了提高LED 照明電路的可靠性，降低滅燈的幾率，人們又設(shè)計了許多新的連接方式，交叉陣列形式就是其中比較新穎的一種。交叉陣列形式如圖2-5所示，每串以3只LED 為一組，其共同電流輸入來源于a 、b 、c

14、串，輸出也同樣分別連接到a 、b 、c 串，構(gòu)成交叉陣列形式。這種交叉連接方式的目的是，即使個別LED 開路或短路，也不至于造成發(fā)光組件整體失效。當(dāng)有一顆LED 品質(zhì)不良短路時，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動還是恒流式驅(qū)動，并聯(lián)在這一路的LED 將全部不亮，如果是采用恒流式LED 驅(qū)動，由于驅(qū)動器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路LED 的這一并聯(lián)支路外，其余的LED 正常工作。假設(shè)并聯(lián)的LED 數(shù)量較多，驅(qū)動器的驅(qū)動電流較大，通過這顆短路的LED 電流將增大，大電流通過這顆短路的LED 后，很容易就變成斷路。由于并聯(lián)的LED 較多，斷開一顆LED 的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整

15、個LED 燈，僅有一顆LED 不亮。如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動，LED 品質(zhì)不良短路瞬間，負(fù)載相當(dāng)少并聯(lián)LED 一路，加在其余LED 上的電壓增高，驅(qū)動器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有 LED ，幸運的話，只將這顆短路的LED 燒成斷路，驅(qū)動器輸出電流將恢復(fù)正常，由于并聯(lián)的LED 較多，斷開一顆LED 的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整個LED 燈，也僅有一顆LED 不亮。通過對以上分析可知，驅(qū)動器與負(fù)載LED 串并聯(lián)方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅(qū)動功率型LED 是不適合采用并聯(lián)負(fù)載的，同樣的，穩(wěn)壓式LED 驅(qū)動器不適合選用串聯(lián)負(fù)載。2.5 LED的未來發(fā)展趨勢固態(tài)照

16、明市場誘人陳良惠院士算過一筆賬：2003 年，全國發(fā)電量為 1.91 萬億千瓦時（度），其中照明用電占 12 ，即 2292 億度。按照每年增長 5 計算，到 2010 年，照明用電可達 3225 億度。按照同樣亮度下固態(tài)照明用電僅為白熾燈的十分之一、并取代三分之一的白熾燈計算，屆時可節(jié)約照明用電約 1000 億度。三峽工程總工期 17 年，全部建成需 20 年，靜態(tài)、動態(tài)投資合計為 3000 億元，建成后年均發(fā)電量 846.8 億度。而用 15 年時間，投資 50 億至 100 億元發(fā)展固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)，相當(dāng)于僅用三峽工程 5 的投入再造一個“綠色三峽工程”。在美國能源部設(shè)立的半導(dǎo)體照明國家研究

17、項目中，給固態(tài)照明描繪了美好的前景：2010 年有 55 的白熾燈、熒光燈被取代， 2025 年使美國照明用電（現(xiàn)為 6000 億度）減少一半；從 2000 年到 2020 年，使用固態(tài)照明可累計減排2.58 億噸碳污染物，少建133 座100 萬千瓦的電站，節(jié)約開支 1150億美元，形成每年500億美元的光源產(chǎn)業(yè)，還帶來數(shù)以百萬計的高質(zhì)量工作機會。日本計劃2006年用半導(dǎo)體燈大規(guī)模取代白熾燈，節(jié)電相當(dāng)于一兩座核電站的發(fā)電量，每年可以節(jié)省 10 公斤以上的原鈾消耗。雖然固態(tài)照明要真正進入通用照明市場，在技術(shù)和成本上還要有重大的突破，這需要大量投資和長期努力。但它的預(yù)期市場魅力無法抗拒，難怪各國

18、紛紛啟動國家項目給予引導(dǎo)和支持。固態(tài)照明發(fā)展強勁中國科學(xué)院早在上世紀(jì)60年代就開展發(fā)光科學(xué)的研究，80 年代走向生產(chǎn)，直到本世紀(jì)初才形成規(guī)模。2002 年我國發(fā)光二極管（ LED ）生產(chǎn)企業(yè)數(shù)達420家，員工3萬余人，產(chǎn)量150 多億支，產(chǎn)值80多億元；去年產(chǎn)量達200億只，產(chǎn)值100多億元，增速超過30 ，其中超高亮度發(fā)光二極管產(chǎn)量幾十億只，增速超過50。我國早期只是引進管芯進行封裝，屬勞動密集型產(chǎn)業(yè)；上世紀(jì)末，從引進外延片進行加工，發(fā)展為技術(shù)含量較高的外延片的研發(fā)和小批量生產(chǎn)。目前，固態(tài)照明在我國還需要強力支持。去年，大連路明集團建立的我國第一家生產(chǎn)高品質(zhì)發(fā)光二極管的大連路美芯片科技有限公

19、司投產(chǎn)，使我國成為繼美、日之后第三個擁有 LED 核心技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家，還并購了世界LED 四強之一 美國 A&T公司的光事業(yè)部，使我國的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)跨入世界的前列。目前我國半導(dǎo)體照明技術(shù)與國際先進水平相比，差距僅有幾年。以現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，有望通過整體推進，最終形成有核心競爭力的固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)。固態(tài)照明離民用照明的使用還有兩方面的障礙，一是光電轉(zhuǎn)化效率較低，目前是25流明（光通量的單位）千瓦，雖高于白熾燈，但是低于日光燈的85 流明千瓦，要達到民用照明的經(jīng)濟性要求，需提高到160 流明至200 流明千瓦；二是價格較高，是白熾燈的十幾至幾十倍，日、美、歐盟等啟動的半導(dǎo)體照明計劃，主攻

20、方向之一就是降低造價，他們提出的讓半導(dǎo)體燈大規(guī)模替代白熾燈的時間表，大致為2008 年和2010年。隨著固態(tài)照明技術(shù)的不斷完善，白熾燈最終將被代替的趨勢已經(jīng)不可避免。節(jié)能、長壽命、免維護、易控制、環(huán)保，半導(dǎo)體燈有著這么多的優(yōu)點，我們還有什么理由拒絕它的到來呢？2.6全球白光LED 研制進展白光LED 分單芯片、雙芯片和三芯片，以下將按這一分類介紹： 單芯片InGaN(藍/YAG熒光粉這是一種目前較為成熟的產(chǎn)品，其中1W 的和5W 的Lumileds 已有批量產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用芯片倒裝結(jié)構(gòu)，提高發(fā)光效率和散熱效果。熒光粉涂覆工藝的改進，可將色均勻性提高10倍。實驗證明，電流和溫度的增加使LED

21、光譜有些藍移和紅移，但對熒光光譜影響并不大。壽命實驗結(jié)果也較好，5的白光LED 在工作1.2萬小時后，光輸出下降80%，而這種功率LED 在工作1.2萬小時后，僅下降10%，估計工作5萬小時后下降30%。這種稱為Luxeon 的功率LED 最高效率達到44.3lm/w，最高光通量為187lm ，產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品可達120lm ，Ra 為75-80(Ra為顯色指數(shù) 。InGaN(藍/紅熒光粉+綠熒光粉Lumileds 公司采用460nmLED 配以SrGa2S4：Eu2+(綠色 和SrS ：Eu2+(紅色 熒光粉，色溫可達到3000K-6000K 的較好結(jié)果，Ra 達到82-87，較前述產(chǎn)品有所提高。InGaN(紫外/(紅+綠+藍 熒光粉Cree 、日亞、豐田等公司均在大力研制紫外LED 。Cree 公司已生產(chǎn)出50mW 、385nm 405nm 的紫外LED ；豐田已生產(chǎn)此類白光LED ，其Ra 大于等于90，但發(fā)光效率還不夠理想；日亞于最近制得365nm 、1mm2、4.6V 、500mA 的高功率紫外LED ，如制成白色LED ，會有較好效果。ZnSe 和OLED 白光器件也有進展，但離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚遠。 雙芯片可由藍LED+黃LED 、藍LED+黃綠LED 以及藍綠LED+黃LED 制成，此種器件成本比較便宜，但由于是兩種顏色LED 形成的白光，顯色性較差，只