基礎知識之LED(發光二極管)
什么是LED?
LED是被稱為“發光二極管”的半導體,名稱取至 “Light Emitting Diode” 的首字母。 1993年基于氮化鎵制造出的高亮度藍色LED實現商用化,隨之制造出白色LED,該白色LED作為第4照明光源備受注目。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202403/456863.htmLED為什么會發光?
LED是由電子(帶負電)多的N (-:negative) 型半導體和空穴(帶正電)多的P (+: positive) 型半導體結合而成。 該半導體施加正向電壓時,電子和空穴就會移動并在結合部再次結合,正是再結合的能量轉變成光而發出。 與先將電能轉換為熱能,再轉換為光能的以往光源相比,因為能夠直接將電能轉換為光能,所以能夠不浪費光能,高效率地獲得光。
LED的種類
LED有兩種類型燈泡型(引線型)和芯片型(表面貼裝型),可根據用途選擇適合的類型。
燈泡型和芯片型
波長和顏色
LED根據不同的使用材料,發出不同的發光顏色(發光波長)。 交通信號、汽車停車燈等具有官方標準的特定用途,多數情況被標準化為燈泡光源規格,因此需要選擇符合該波長規格的LED。 波長的標準有兩種類型λP(峰值波長)和λD(主波長),λD相當于實際人眼看到的顏色。(λ=讀拉姆達)
白色光是如何獲得的?
LED獲得白色光的方法有多種。這里只介紹代表性的發光方法。
1) 藍色LED + 黃色熒光體
藍色LED與其輔助色即黃色熒光體組合,獲得白色光。 該方式與其他方式相比,結構簡單、效率高,因此目前已成為主流。
2) 紅色LED + 綠色LED + 藍色LED
光的三基色LED組合,獲得白色光。 該方式比起照明用途,更多的用于全彩LED顯示設備。
7段LED
何謂7段LED?
7段LED每個部位的名稱
7段LED每個部位的名稱如下。
【7段LED每個部位的名稱】
7段LED 電路結構
LED顯示器有兩種電路:共陽極和共陰極。
【共陽極和共陰極】
LED術語解釋
發光強度 IV [cd]
表示從特定方向觀測到的亮度。單位為cd(坎德拉)。 比較光強時需要特別注意指向角。光強是指單位立體角內發出的光通量。 透鏡作為LED封裝的組成部分可以向特定方向集中光輸出(用透鏡集光),即使光輸出小也能集光,因此光強變大。 比較技術資料時,需要根據指向角和光強進行判斷。
光通量 Φv [lm]
指從光源發射出來的全部光量。單位為lm(流明)。
峰值波長 λP[nm]
指LED發出的光譜輸出值最高的波長,單位為nm(納米)。 設計LED時采用峰值波長進行設計,但實際用人眼比較波長時使用主波長進行比較。
主波長 λD[nm]
LED一般用波長表示顏色。主波長相當于眼睛看到的顏色所對應的波長,與發光波長的峰值波長有差異。 單位為nm(納米)。
色度坐標 x, y:
L指用二維正交坐標系表示LED發光顏色的刺激值,一般使用x y坐標系。
指向角 2θ1/2[度]
表示LED光輻射的范圍。單位為 “度” 。 將封裝傾斜觀察光輸出時,用于判斷從輸出的極限值位置能觀測多大角度。將輸出達到峰值一半時的角度乘以2倍(從正面看時相當于左右端)的值叫做指向角。
正向電壓 VF [V]
指有正向電流流過時,陽極與陰極之間產生的電壓。單位為V(伏特)。
反向電流 IR [A]
指陽極、陰極間施加反向電壓時產生的漏電流。 單位為A(安培)。
需要注意是性能
1. 溫度引起的特性變化<光強?波長?正向電壓 (VF)>
LED特性根據周圍溫度及LED發熱在內的芯片溫度(Tj:發光部的結溫)發生變化。 以下針對代表性的特性變化進行說明。
光強
LED的Tj上升,則光通量變少。 這是因為阻礙發光的電子和空穴再結合運動增加了。
波長
與光強變化相同,溫度變化引起發光波長發生變化。 主要是溫度變化引起半導體的禁帶寬度發生變化,所以波長發生變化。 波長變化量因材料不同有差異,InGaAlP系LED隨溫度上升時,λd有0.1nm/°C的變動,向長波長側變化。 針對波長規格嚴格的用途,需要探討在整機的工作保證溫度范圍內波長的變化。
正向電壓 (VF)
除特殊情況,VF的變化與發光波長相同,因半導體的禁帶寬度變化而變化。 隨著溫度上升,VF會以2mV/°C的數值下降。 VF的變化在電路設計上是重要的要素。 LED恒流工作時,VF變化作為電路常數問題不大,但LED在恒壓工作或接近恒壓時,隨溫度上升VF下降,電流增加。 電流增加,則Tj變高,VF下降,直到達到平衡狀態為止,電流會一直增加。 相反溫度變低,則VF變高,電流減少,有可能恒壓工作時得不到所需的光強。
2. 特性偏差
LED在制造階段就具有特性值分布,即所謂的偏差。 因此對光強等級、電氣特性規定了最小值等。 進行光學設計、電路設計時需要考慮偏差。 例如,VF隨溫度變化之前,在特定分布中已存在偏差。 當沒有設計裕量時,針對VF偏差大的產品,需要探討溫度變化時是否能得到所需的特性。 根據電路特性、整機特性,有時需要將LED特性值的偏差幅度縮小。 此時,需要探討引進特殊規格,及判斷是否能對應此規格。
LED電路結構
正向電壓
當電流沿LED正向流動時,正極和負極間產生的電壓稱為正向電壓(VF)。單位為V(伏特)。 數據表等資料中刊登了相對于電流的正向電壓的特性曲線圖<正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性>。 在實際探討LED照明電路時,這個特性是最為重要的考慮項目。
正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性隨LED元件的材料、尺寸以及發光顏色的不同而不同。而且隨環境溫度變化。此外,還具有半導體特有的特征值分布,即所謂的偏差。 當LED恒流驅動時,正向電壓(VF)的變化不構成大的問題,但在恒壓驅動的情況下,需要考慮電壓變化和偏差。
LED照明電路
【串聯照明電路】
當LED以恒壓驅動方式串聯點亮時,通常如下圖所示,電路中包含與LED串聯的電阻,用于控制電流。
以這個電路為例,首先根據正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性,讀取亮燈時LED的正向電流(IF)和正向電壓(VF)值。 將數值代入上式,計算出R(電流控制電阻)值。
【并聯照明電路】
將LED以恒壓驅動方式并列排列時,建議給每列LED加入控制電阻。
LED的正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性取決于元件的材料和發光顏色。即使具有相同的材料和發光顏色,也存在半導體特有的個體偏差。
如下圖所示,當LED①和LED②的正向電壓(VF)值不同時,如果用一個電阻控制電流,則難以控制每個LED的電流(IF1和IF2)。 每個LED連一個電阻,可以設置每個LED的電流(IF1或IF2),因此更容易自由設定,例如均衡電流值、抑制亮度偏差。另外,通過加大輸入電壓(Vin),增加電阻兩邊的電壓,還可以減少偏差。
【正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性 例2】
【并聯LED照明電路 例2】
評論