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LED發(fā)光二極管的工作電壓及其性能參數(shù)進行了詳盡的闡述。
LED發(fā)光二極管正向電壓如何計算
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，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED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)體之間有一個過渡層，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)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，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(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，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,工作電流也相對較大，在30mA-----50mA，亮度很高，目前發(fā)光顏色單一，為冷光色。其實LED還有許多種類，在民用、工業(yè)、科技、國防、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，抗沖擊和抗震性能好?？梢酝ㄟ^調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱等傳統(tǒng)照明設(shè)備所不具有的優(yōu)點，因此可以得到廣泛的運用。
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，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：
R=（E－UF）/IF
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED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)體之間有一個過渡層，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)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，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（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，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)體之間有一個過渡層，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)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，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（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。
最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號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)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，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)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色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。汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
對于一般照明而言，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)藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍光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)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變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。這種通過藍光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運用最多。
上個世紀(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)時研制的LED，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近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，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，可見光光譜的波長范圍為380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光--紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長為565nm。在可見光的光譜中是沒有白色光的，因為白光不是單色光，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機中的白色光也是由三基色黃、綠、藍合成。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，即二波長發(fā)光（藍色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍色光＋綠色光＋紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍色光，所以攝取藍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“藍光技術(shù)”。目前國際上掌握“藍光技術(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在我國的推廣還有一個過程。
2． 白光LED的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。對于一般照明，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)熒光粉受藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光，結(jié)果，藍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。為了說明白光LED的特點，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。對白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明／瓦，到了1999年已達到15流明／瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在2000年時，白光LED的光效已達25流明／瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測，到2005年，LED的光效可達50流明／瓦，到2015年時，LED的光效可望達到150～200流明／瓦。那時的白光LED的工作電流便可達安培級。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。
普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜，但光效低（燈的熱效應(yīng)白白耗電），壽命短，維護工作量大，但若用白光LED作照明，不僅光效高，而且壽命長（連續(xù)工作時間10000小時以上），幾乎無需維護。目前，德國Hella公司利用白光LED開發(fā)了飛機閱讀燈；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。可以預(yù)見不久的將來，白光LED定會進入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時間短、對環(huán)境無污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點，雖然價格較現(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)。世界不同國家的電網(wǎng)電壓以及某些場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：可以用電源測試出來了，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]實驗室環(huán)境下測試的光效，目前（2013-4月為止，科銳公布的實驗室下最高光效為276Lm/W】，目前國內(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決定。一般用積分球測量。
6、照度
照度一般燈光設(shè)計師會考慮的比較多，一般情況下，我們考慮的很少。照度的單位為勒克斯，英文為Lux，現(xiàn)在也可以縮寫為Lx。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行測量，照度表使用簡單，購買成本便宜，在沒有積分球系統(tǒng)的時候可以用照度表來測量作為一些參考。
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，光衰就會很嚴(yán)重。如果LED燈泡使用的是隔離式恒壓+恒流LED驅(qū)動電源、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）會考慮到色差問題。暖白光就是我們平時說的黃光，有時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)境下點亮，會發(fā)現(xiàn)一個光色比較亮，一個光色比較暗，這種情況就是色差。在有些場合，色差是覺得不允許出現(xiàn)的。
9、顯色性
光源對物體本身顏色呈現(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)來表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽光）照明時顏色的偏離，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，顯色性低的光源對顏色表現(xiàn)較差，我們所見到的顏色偏差也較大。國際照明委員會 CIE 把太陽的顯色指數(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：忠實顯色：能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來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：要鮮明地強調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色法來加強顯色效果。
10、眩光
視野內(nèi)有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，則可以造成視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。
11、使用壽命
LED在一般說明中，都是可以使用50，000小時以上，還有一些生產(chǎn)商宣稱其LED可以運作100，000小時左右。這方面主要的問題是，LED并不是簡單的不再運作而已，它的額定使用壽命不能用傳統(tǒng)燈具的衡量方法來計算。實際上，在測試LED使用壽命時，不會有人一直呆在旁邊等著它停止運作。不過，還是有其他方法來測算LED的使用壽命。LED之所以持久，是因為它不會產(chǎn)生燈絲熔斷的問題。LED不會直接停止運作，但它會隨著時間的推移而逐漸退化。有預(yù)測表明，高質(zhì)量LED在經(jīng)過50，000小時的持續(xù)運作后，還能維持初始燈光亮度的60%以上。假定LED已達到其額定的使用壽命，實際上它可能還在發(fā)光，只不過燈光非常微弱罷了。要想延長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停止運作的主要原因。
傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無機半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色
結(jié)語
關(guān)于發(fā)光二極管的相關(guān)介紹就到這了，希望通過本文能讓你對發(fā)光二極管有更全面的認(rèn)識。