LED的重要參數(shù)

1、LED的重要參數(shù)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(gè)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(qiáng)最

2、大，該波長為峰值波長。(2)發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉（符號(hào)為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)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(qiáng)所對(duì)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(qiáng)度值為軸向強(qiáng)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(hào)LED光強(qiáng)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(hào)發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂線（法線）AO的

3、坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為1，離開法線方向的角度大，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)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(shí)的正向電流值。在實(shí)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(shí)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(shí)，VF將下降。(7)V-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(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電

4、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(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)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。圓形燈按直徑分為2m

5、m、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(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)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(dòng)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)氧封裝

6、、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)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(jìn)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) 、四元化合物( 如

7、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2.3.1焊接焊接溫度在260左右，時(shí)間控制在5S以內(nèi)，焊接點(diǎn)離膠體底部在2.5mm以上，電烙鐵一定要接地。請(qǐng)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。2.3.2靜電所有與藍(lán)、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(shí)，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(jī)臺(tái)與作業(yè)面均需加裝地線。2.3.3

8、 LED的工作電流使用LED時(shí)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(shí)，建議用超聲波清洗LED，如暫時(shí)沒有超聲波清洗機(jī)可暫用酒精代替，但清洗時(shí)間不要超過1分鐘。特別強(qiáng)調(diào)：不要用有機(jī)溶濟(jì)（如丙酮，天那水）清洗或擦洗LED膠體，會(huì)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(shí)請(qǐng)不要離膠體太近，應(yīng)與膠體保持2mm以上的距離，否則會(huì)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，管腳彎成90，再回到

9、原位置為1次。2.4 LED的連接形式 LED作為驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載，經(jīng)常需要幾十個(gè)甚至上百個(gè)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(gè)LED的正極對(duì)負(fù)極連接成串，其優(yōu)點(diǎn)通過每個(gè)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(jì)正向電流If=20mA為目標(biāo)值，單個(gè)LED正向電壓Vf=2.0V，則VD8Vf=16.0V ，VRIfR20mA200=4.0V，Vcc=VD+ VR=20.0V。圖2-4 LED的串聯(lián)，并聯(lián)與混

10、聯(lián)電路當(dāng)單管Vf離散性較大時(shí)，假設(shè)VD=15.616.4V時(shí)，則對(duì)應(yīng)VR=4.43.6V，很容易計(jì)算If=22mA18mA，可以得出單個(gè)LED光強(qiáng)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(gè)LED短路時(shí)，VD=14V 則VR=6V；If=VR/R=30mA，實(shí)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(shí)驗(yàn)中測量為28mA左右；當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)LED開路時(shí)，將導(dǎo)致這串8個(gè)LED熄滅，從原理上LED開路的可能性極小，但整串熄滅的風(fēng)險(xiǎn)還是存在。（2)并聯(lián)連接形式：即將多個(gè)LED的正

11、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(diǎn)是每個(gè)LED的工作電壓一樣，總電流為Ifn，為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)LED的工作電流If一致，要求每個(gè)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?yàn)樯釛l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(duì)電路的影響，設(shè)計(jì)時(shí)要有預(yù)留量，如因要與電源電壓相配合則可

12、在每個(gè)LED中串聯(lián)合適的電阻，可降低LED被燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。（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(duì)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(gè)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(duì)整個(gè)并聯(lián)電路來說變化相對(duì)較小，不至于使整個(gè)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(duì)LED的要求也較寬松，適用范圍大，不需要特別挑選LED，整個(gè)發(fā)光組件的亮度也相對(duì)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(shí)例中大多數(shù)采用該連接方式。用多顆LED組

13、成一個(gè)發(fā)光面時(shí)，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(shí)，實(shí)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(gè)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(jì)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(gè)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

14、品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，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(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的驅(qū)動(dòng)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，哪么整個(gè)LED燈，僅有一顆LED不亮。 如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，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(dòng)器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有 LE

15、D，幸運(yùn)的話，只將這顆短路的LED燒成斷路，驅(qū)動(dòng)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(gè)LED燈，也僅有一顆LED不亮。通過對(duì)以上分析可知，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)（度），其中照明用電占 12 ，即 2292 億度。按照每年增長 5 計(jì)算，到 2010 年，照明用電可達(dá) 3225 億度。按

16、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(jì)算，屆時(shí)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(dòng)態(tài)投資合計(jì)為 3000 億元，建成后年均發(fā)電量 846.8 億度。而用 15 年時(shí)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(gè)“綠色三峽工程”。在美國能源部設(shè)立的半導(dǎo)體照明國家研究項(xiàng)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(jì)減排2.5

17、8 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(jì)的高質(zhì)量工作機(jī)會(huì)。日本計(jì)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(jìn)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，難怪各國紛紛啟動(dòng)國家項(xiàng)目給予引導(dǎo)和支持。固態(tài)照明發(fā)展強(qiáng)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(dá)420家，員

18、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(dá)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(jìn)管芯進(jìn)行封裝，屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)；上世紀(jì)末，從引進(jìn)外延片進(jìn)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(qiáng)力支持。去年，大連路明集團(tuán)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司投產(chǎn)，使我國成為繼美、日之后第三個(gè)擁有 LED 核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家，還并購了世界LED 四強(qiáng)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(jìn)

19、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(jìn)，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(dá)到民用照明的經(jīng)濟(jì)性要求，需提高到160 流明至200 流明千瓦；二是價(jià)格較高，是白熾燈的十幾至幾十倍，日、美、歐盟等啟動(dòng)的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，主攻方向之一就是降低造價(jià)，他們提出的讓半導(dǎo)體燈大規(guī)模替代白熾燈的時(shí)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(hù)、易控制、環(huán)保，半導(dǎo)

20、體燈有著這么多的優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)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(lán))/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(jìn)，可將色均勻性提高10倍。實(shí)驗(yàn)證明，電流和溫度的增加使LED光譜有些藍(lán)移和紅移，但對(duì)熒光光譜影響并不大。壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果也較好，5的白光LED在工作1.2萬小時(shí)后，光輸出下降80%，而這種功率LED在工作1.2萬小時(shí)后，僅下降10%，估計(jì)工作5萬小時(shí)后下降30%。這種稱為Luxeo

21、n的功率LED最高效率達(dá)到44.3lm/w，最高光通量為187lm，產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品可達(dá)120lm，Ra為75-80(Ra為顯色指數(shù))。InGaN(藍(lán))/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(dá)到3000K-6000K的較好結(jié)果，Ra達(dá)到82-87，較前述產(chǎn)品有所提高。InGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))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、385nm405nm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(huì)有較好效果。ZnSe和OLED白光器件也有進(jìn)展，但離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚遠(yuǎn)。雙芯片可由藍(lán)LED+黃LED、藍(lán)LED+黃綠LED以及藍(lán)綠LED+黃LED制成，此種器件成本比較便宜，但由于