LED的重要参数

LED的重要参数LED的重要参数1.LED极限参数的意义（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：允许加的最大的正向直流电流。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，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义(1)光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2-1所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。(2)发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。(3)光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度。是指图2-1中1/2峰值光强所对应两波长之间隔。(4)半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。图2-2不同型号LED光强分布半值角的2倍为视角（或称半功率角）。图2-2给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。(5)正向工作电流If：它是指发光二极管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0.6·IFm以下。(6)正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。(7)V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图2-3表示。在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流Ir10μA以下。图2-3LED的V-I特性曲线2.2:LED的分类按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管发出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管适合于做指示灯用。按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、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的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：(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。按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度10mcd）；超高亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。按发光波长分发光二极管依发光波长分为可见光发光二极管(波长450~680nm)与不可见光发光二极管(波长850~1550nm)两大类。若以其使用的磊晶层材料可进一步分为二元化合物(如GaAs、GaSb、GaN等)、三元化合物(如AlxGa1-xAs、AlxGa1-xP、In1-xGaxAs等)、四元化合物(如AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y等)及GaN系化合物四大类。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类等按功能分类的。2.3:LED的使用说明2.3.1焊接焊接温度在260℃左右，时间控制在5S以内，焊接点离胶体底部在2.5mm以上，电烙铁一定要接地。请勿带电焊接LED。通电情况下，避免在80℃以上高温作业，如有高温作业一定要做好散热。2.3.2静电所有与蓝、绿、紫、白LED相关作业人员一定要做好防静电：如带静电环；穿静电衣；穿静电鞋等。带有线静电环时，静电环一定要接地，并且地线与市地线电位差不要超过5V；或者阻抗不要超过25Ω。作业机台与作业面均需加装地线。2.3.3LED的工作电流使用LED时电流最好不要20mA，最好使用15-19mA。2.3.4LED安装位置器件不可与发热组件靠得太近，工作条件不可超过其规定的极限。2.3.5LED的清洁如需清洁LED时，建议用超声波清洗LED，如暂时没有超声波清洗机可暂用酒精代替，但清洗时间不要超过1分钟。特别强调：不要用有机溶济（如丙酮，天那水）清洗或擦洗LED胶体，会造成不发光或胶体内部破裂，导致LED内部金线与芯片过激破坏。2.3.6LED的弯脚处理LED在弯脚或拆脚时请不要离胶体太近，应与胶体保持2mm以上的距离，否则会使LED里面支架与金线分离；管脚在同一处的折叠不要超过3次，管脚弯成90°，再回到原位置为1次。2.4LED的连接形式LED作为驱动电路的负载，经常需要几十个甚至上百个LED组合在一起，构成发光组件，LED负载的连接形式直接关系到其可靠性和寿命。(1)串联连接形式：即将多个LED的正极对负极连接成串，其优点通过每个LED的工作电流一样，一般应串入限流电阻R，如图2-4(左边)的电路，则：Vcc=If×R+ΣVfn，If=(Vcc-ΣVfn)/R。假定为N=8的GaAs材料LED，设计正向电流If=20mA为目标值，单个LED正向电压Vf=2.0V，则VD＝8×Vf=16.0V，VR＝If×R＝20mA×200Ω=4.0V，Vcc=VD+VR=20.0V。图2-4LED的串联，并联与混联电路当单管Vf离散性较大时，假设VD=15.6～16.4V时，则对应VR=4.4～3.6V，很容易计算If=22mA～18mA，可以得出单个LED光强变化量在10％以内，基本上保持发光组件亮度均匀。当出现一个LED短路时，VD=14V则VR=6V；If=VR/R=30mA，实际上由于单管短路造成If上升，单管Vf随If的增加而增加，VD应高于14V，则VR小于6V，灯串电流应小于30mA，具体电流值与所采用不同的LED单管有关，实验中测量为28mA左右；当出现一个LED开路时，将导致这串8个LED熄灭，从原理上LED开路的可能性极小，但整串熄灭的风险还是存在。（2)并联连接形式：即将多个LED的正极与正极、负极与负极并联连接（如图2-4中间），其特点是每个LED的工作电压一样，总电流为ΣIfn，为了实现每个LED的工作电流If一致，要求每个LED的正向电压也要一致。但是，由于器件之间特性参数存在一定差别，且LED的正向电压Vf随着温度上升而下降，不同LED可能因为散热条件差别，而引发工作电流If的差别，散热条件较差的LED温度上升也较大；正向电压Vf下降也较大，造成工作电流If上升，而工作电流If上升又加剧温升，如此循环可能导致LED烧毁。因此LED一般不采用直接并联的方式；如要采用LED直接并联的方式，应考虑器件和环境差别等因素对电路的影响，设计时要有预留量，如因要与电源电压相配合则可在每个LED中串联合适的电阻，可降低LED被烧毁的风险。（3）LED的混联形式图2-4右边为先串联后并联混合连接构成的发光组件。对于单组串联LED来讲，即使由于器件和使用条件的差别，导致单组中个别LED芯片丧失PN结特性，出现短路或开路的情况，只是在单组中的LED工作电流If发生变化，对整个并联电路来说变化相对较小，不至于使整个发光组件失效。因此说这种连接形式的发光组件可靠性高，并且对LED的要求也较宽松，适用范围大，不需要特别挑选LED，整个发光组件的亮度也相对均匀。在工作环境因素变化较大情况下，使用这种连接形式的发光组件效果较为理想，目前在大量照明实例中大多数采用该连接方式。用多颗LED组成一个发光面时，应尽量用同一发光亮度的LED去组合，但在无法保证得到相同发光亮度时，实践证明配备的原则是中间用发光亮度稍小的LED，而周围用发光亮度较大的LED，这样的配置能使整个发光面看起来较匀称。图2-5LED交叉阵列形式连接图（4）交叉阵列形式为了提高LED照明电路的可靠性，降低灭灯的几率，人们又设计了许多新的连接方式，交叉阵列形式就是其中比较新颖的一种。交叉阵列形式如图2-5所示，每串以3只LED为一组，其共同电流输入来源于a、b、c串，输出也同样分别连接到a、b、c串，构成交叉阵列形式。这种交叉连接方式的目的是，即使个别LED开路或短路，也不至于造成发光组件整体失效。当有一颗LED品质不良短路时，不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动，并联在这一路的LED将全部不亮，如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，除了并联在短路LED的这一并联支路外，其余的LED正常工作。假设并联的LED数量较多，驱动器的驱动电流较大，通过这颗短路的LED电流将增大，大电流通过这颗短路的LED后，很容易就变成断路。由于并联的LED较多，断开一颗LED的这一并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，哪么整个LED灯，仅有一颗LED不亮。如果采用稳压式驱动，LED品质不良短路瞬间，负载相当少并联LED一路，加在其余LED上的电压增高，驱动器输出电流将大增，极有可能立刻损坏所有LED，幸运的话，只将这颗短路的LED烧成断路，驱动器输出电流将恢复正常，由于并联的LED较多，断开一颗LED的这一并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，哪么整个LED灯，也仅有一颗LED不亮。通过对以上分析可知，驱动器与负载LED串并联方式搭配选择是非常重要的，恒流式驱动功率型LED是不适合采用并联负载的，同样的，稳压式LED驱动器不适合选用串联负载。2.5LED的未来发展趋势固态照明市场诱人陈良惠院士算过一笔账：2003年，全国发电量为1.91万亿千瓦时（度），其中照明用电占12％，即2292亿度。按照每年增长5％计算，到2010年，照明用电可达3225亿度。按照同样亮度下固态照明用电仅为白炽灯的十分之一、并取代三分之一的白炽灯计算，届时可节约照明用电约1000亿度。三峡工程总工期17年，全部建成需20年，静态、动态投资合计为3000亿元，建成后年均发电量846.8亿度。而用15年时间，投资50亿至100亿元发展固态照明产业，相当于仅用三峡工程5％的投入再造一个“绿色三峡工程”。在美国能源部设立的半导体照明国家研究项目中，给固态照明描绘了美好的前景：2010年有55％的白炽灯、荧光灯被取代，2025年使美国照明用电（现为6000亿度）减少一半；从2000年到2020年，使用固态照明可累计减排2.58亿吨碳污染物，少建133座100万千瓦的电站，节约开支1150亿美元，形成每年500亿美元的光源产业，还带来数以百万计的高质量工作机会。日本计划2006年用半导体灯大规模取代白炽灯，节电相当于一两座核电站的发电量，每年可以节省10公斤以上的原铀消耗。虽然固态照明要真正进入通用照明市场，在技术和成本上还要有重大的突破，这需要大量投资和长期努力。但它的预期市场魅力无法抗拒，难怪各国纷纷启