本文主要是關(guān)于LED發(fā)光二極管的相關(guān)介紹，并著重對(duì)LED發(fā)光二極管的工作電壓及其性能參數(shù)進(jìn)行了詳盡的闡述。
LED發(fā)光二極管正向電壓如何計(jì)算
常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)二極管的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：
式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。
PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。?當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
LED發(fā)光二極管電壓范圍
LED(發(fā)光二極管)的工作電壓隨制造材料不同也不同。普通做提醒指示用磷砷化鎵材料的在1.55V-----1.85V之間;磷化鎵材料的在1.85V-----2.15V之間，這種LED?有紅、綠、黃、橙(雙色LED)多種發(fā)光顏色供選擇。一般工作電流很小，約在5-----10mA(0.005A-----0.010A),亮度不是很高，不能用于照明。手電筒中用的LED是一種超高亮度的，它的工作電壓較高，通常為3.35V------3.65V,工作電流也相對(duì)較大，在30mA-----50mA，亮度很高，目前發(fā)光顏色單一，為冷光色。其實(shí)LED還有許多種類，在民用、工業(yè)、科技、國(guó)防、航空和航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用!
隨著新技術(shù)的出現(xiàn)新型集成R-LED，使普通紅光LED從1.8V-2.2V的區(qū)間，上升到3V-10V的工作電壓YXSensor?YX503URC?LED發(fā)光二極管工作電流10-30Ma,藍(lán)光YXSensor?YX503BRC?LED也從5-12V可工作電壓。
LED發(fā)光二極管有著工作電流很小，工作電壓很低，可靠性高，壽命長(zhǎng)，抗沖擊和抗震性能好。可以通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱等傳統(tǒng)照明設(shè)備所不具有的優(yōu)點(diǎn)，因此可以得到廣泛的運(yùn)用。
發(fā)光二極管性能及用途
它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極
管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)二極管的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：
R=（E－UF）/IF
式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過(guò)改變YAG 熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過(guò)藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。
上個(gè)世紀(jì)60年代，科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)研制的LED，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在近年才發(fā)展起來(lái)，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光LED。
1． 可見光的光譜和LED白光的關(guān)系。眾所周之，可見光光譜的波長(zhǎng)范圍為380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光--紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長(zhǎng)為565nm。在可見光的光譜中是沒(méi)有白色光的，因?yàn)榘坠獠皇菃紊?，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽(yáng)光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機(jī)中的白色光也是由三基色黃、綠、藍(lán)合成。由此可見，要使LED發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個(gè)可見的光譜范圍。但要制造這種性能的LED，在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對(duì)可見光的研究，人眼睛所能見的白光，至少需兩種光的混合，即二波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍(lán)色光，所以攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大LED制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。目前國(guó)際上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，所以白光LED的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光LED在我國(guó)的推廣還有一個(gè)過(guò)程。
2． 白光LED的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光LED通常采用兩種方法形成，第一種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。第一種方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖1所示，圖中LEDGaM芯片發(fā)藍(lán)光（λp＝465nm），它和YAG（釔鋁石榴石）熒光粉封裝在一起，當(dāng)熒光粉受藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光，結(jié)果，藍(lán)光和黃光混合形成白光（構(gòu)成LED的結(jié)構(gòu)如圖2所示）。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起，通過(guò)各色光混合而產(chǎn)生白光。
3．白光LED照明新光源的應(yīng)用前景。為了說(shuō)明白光LED的特點(diǎn)，先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為12～24流明／瓦；熒光燈和HID燈的光效為50～120流明／瓦。對(duì)白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明／瓦，到了1999年已達(dá)到15流明／瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在2000年時(shí)，白光LED的光效已達(dá)25流明／瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測(cè)，到2005年，LED的光效可達(dá)50流明／瓦，到2015年時(shí)，LED的光效可望達(dá)到150～200流明／瓦。那時(shí)的白光LED的工作電流便可達(dá)安培級(jí)。由此可見開發(fā)白光LED作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實(shí)。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價(jià)格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護(hù)工作量大，但若用白光LED作照明，不僅光效高，而且壽命長(zhǎng)（連續(xù)工作時(shí)間10000小時(shí)以上），幾乎無(wú)需維護(hù)。目前，德國(guó)Hella公司利用白光LED開發(fā)了飛機(jī)閱讀燈；澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明；我國(guó)的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈?？梢灶A(yù)見不久的將來(lái)，白光LED定會(huì)進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時(shí)間短、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn)，雖然價(jià)格較現(xiàn)有照明器材昂貴，仍被認(rèn)為是它將不可避免地現(xiàn)有照明器件。
發(fā)光二極管參數(shù)
1、色溫
常規(guī)色溫：暖白光（WW）2700-3200k、自然光（NW）4000-4500K、正白光（PW）6000-6500K、 冷白光（CW）7000-7500k 【此處冷白光區(qū)別與珠寶燈的冷白光，珠寶燈的冷白光一般為15000-20000K】另外，紅色、綠色、藍(lán)色等單一彩色燈珠chang也可以做。
2、功率
LED球泡燈一般的功率都在12W以下。常見LED球泡燈功率分為：3w、4w、5w、6w、7w、8w、9w、10w。
3、電壓和電流
電壓和電流也是LED球泡燈很重要的基本參數(shù)。世界不同國(guó)家的電網(wǎng)電壓以及某些場(chǎng)合使用的電壓是不一樣的。常用的電壓為12v、110v、220v、85v-265v。電流分為輸入電流和燈珠電流。第一：輸入電流：可以用電源測(cè)試出來(lái)了，不同的功率不一樣，以儀器為準(zhǔn)。第二：燈珠電流：一般大功率都是以300mA—320mA-之間。電流對(duì)LED燈的光衰影響很大，因此電流的穩(wěn)定性也很重要。燈珠電流和電壓不能給的太大，否則會(huì)嚴(yán)重影響LED燈的壽命。
4、光效
光效也是LED球泡燈很重要的一個(gè)因素。目前（2013年8月）為止，用日亞、科銳等芯片的燈珠光效一般為150-0Lm/W左右?！敬颂幉豢紤]實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測(cè)試的光效，目前（2013-4月為止，科銳公布的實(shí)驗(yàn)室下最高光效為276Lm/W】，目前國(guó)內(nèi)用***芯片的燈珠光效基本在100-130Lm/W上下。
5、光通量
光通量主要由LED球泡燈的光效和功率來(lái)決定。一般用積分球測(cè)量。
6、照度
照度一般燈光設(shè)計(jì)師會(huì)考慮的比較多，一般情況下，我們考慮的很少。照度的單位為勒克斯，英文為L(zhǎng)ux，現(xiàn)在也可以縮寫為L(zhǎng)x。1 Lm的光通量均勻分布在1平方米表面上所產(chǎn)生的光照度。照度通常用照度表進(jìn)行測(cè)量，照度表使用簡(jiǎn)單，購(gòu)買成本便宜，在沒(méi)有積分球系統(tǒng)的時(shí)候可以用照度表來(lái)測(cè)量作為一些參考。
7、光衰
光衰用通俗的話講，就是球泡燈在使用一定時(shí)間后，亮度下降了多少。影響LED燈光衰最主要的因素是散熱和電流。電流不穩(wěn)定、散熱效果差，光衰就會(huì)很嚴(yán)重。如果LED燈泡使用的是隔離式恒壓+恒流LED驅(qū)動(dòng)電源、車鋁燈殼散熱，則光衰控制在2‰以內(nèi)。
8、色差
色差就是色溫的不一致性，一般暖白光（2700-3200k）會(huì)考慮到色差問(wèn)題。暖白光就是我們平時(shí)說(shuō)的黃光，有時(shí)候我們買了兩支同樣品牌、同樣功率發(fā)黃光的節(jié)能燈，在同一環(huán)境下點(diǎn)亮，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)光色比較亮，一個(gè)光色比較暗，這種情況就是色差。在有些場(chǎng)合，色差是覺(jué)得不允許出現(xiàn)的。
9、顯色性
光源對(duì)物體本身顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是顏色逼真的程度；光源的顯色性是由顯色指數(shù)來(lái)表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽(yáng)光）照明時(shí)顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。顯色性高的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較好，我們所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較差，我們所見到的顏色偏差也較大。國(guó)際照明委員會(huì) CIE 把太陽(yáng)的顯色指數(shù)定為 100 ，各類光源的顯色指數(shù)各不相同，如：高壓鈉燈顯色指數(shù) Ra=23 ，熒光燈管顯色指數(shù) Ra=60~90 。顯色分兩種：忠實(shí)顯色：能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來(lái)的顏色需使用顯色指數(shù) （Ra） 高的光源，其數(shù)值接近100 ，顯色性最好。效果顯色：要鮮明地強(qiáng)調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色法來(lái)加強(qiáng)顯色效果。
10、眩光
視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，則可以造成視覺(jué)不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。
11、使用壽命
LED在一般說(shuō)明中，都是可以使用50，000小時(shí)以上，還有一些生產(chǎn)商宣稱其LED可以運(yùn)作100，000小時(shí)左右。這方面主要的問(wèn)題是，LED并不是簡(jiǎn)單的不再運(yùn)作而已，它的額定使用壽命不能用傳統(tǒng)燈具的衡量方法來(lái)計(jì)算。實(shí)際上，在測(cè)試LED使用壽命時(shí)，不會(huì)有人一直呆在旁邊等著它停止運(yùn)作。不過(guò)，還是有其他方法來(lái)測(cè)算LED的使用壽命。LED之所以持久，是因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生燈絲熔斷的問(wèn)題。LED不會(huì)直接停止運(yùn)作，但它會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸退化。有預(yù)測(cè)表明，高質(zhì)量LED在經(jīng)過(guò)50，000小時(shí)的持續(xù)運(yùn)作后，還能維持初始燈光亮度的60%以上。假定LED已達(dá)到其額定的使用壽命，實(shí)際上它可能還在發(fā)光，只不過(guò)燈光非常微弱罷了。要想延長(zhǎng)LED的使用壽命，就有必要降低或完全驅(qū)散LED芯片產(chǎn)生的熱能。熱能是LED停止運(yùn)作的主要原因。
傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于發(fā)光二極管的相關(guān)介紹就到這了，希望通過(guò)本文能讓你對(duì)發(fā)光二極管有更全面的認(rèn)識(shí)。