10LED电学特性_程立文解析
1W级白光LED光电特性的研究
1W级白光LED光电特性的研究摘要：研究了1W级白光发光二极管（LED）的直流电学特性和光学特性，采用照度计在暗室测量并研究其发光效率随电功率变化的关系。
研究结果表明，白光LED的工作电流与电压呈指数变化；发光效率经过一个最大值后随电功率增加而减小。
发光效率降低的主要原因是结温升高、电流泄露等导致的载流子有效复合几率下降所致，因此LED需工作在恒流状态下。
关键词：白光LED 光电特性发光效率A Study of the Electrical and Optical Properties of 1-W Level White LED Abstract The electrical properties and optical properties of DC of the 1W-level white light-emitting diode (LED) were studied, also the relationship of luminous efficiency were measured and studied with input power using Light meter in darkroom. The results show that the current of white LED changes exponentially with the voltage; and after the luminous efficiency reached at a maximum value, it decreased with the increase of input power. The main reasons that luminous efficiency decreased are higher temperature of LED chip, more leakage current caused by the increase of the current. Therefore LED need to work in a constant current state.Key words: White LED; Optical and Electrical Properties; Luminous efficiency1 引言进入21世纪，随着半导体制造技术和封装技术的不断进步，长期用于指示和显示的半导体光源正向照明领域发展[2]。
LED的电学参数及其测试技术
LED的电学参数及其测试技术LED（Light Emitting Diode）是一种半导体元件，具有发光特性。
为了更好地了解和使用LED，需要了解其电学参数及相应的测试技术。
1. 电流（Current）：LED的电流是指通过LED时的电流大小。
一般来说，LED的亮度与电流成正比，但过大的电流会造成LED热量集中和损坏，过小的电流则会导致亮度不足。
测试LED电流的常用方法是通过电流表进行测量，可以通过串联一个电阻确定电流大小。
2. 电压（Voltage）：LED的电压是指在正常工作时通过LED两端的电压差。
LED的电压通常在设计时确定，正常工作电压范围内的电压变化不会对亮度产生较大影响，但过大的电压会使LED损坏。
测试LED电压的方法常见的有多用途表进行测量。
3. 亮度（Brightness）：LED的亮度是指LED发出的光的强度。
LED的亮度与电流成正比，与电压无直接关系。
常见的测试LED亮度的方法是使用光功率计测量LED发出的光辐射功率。
5. 色彩指数（Color Rendering Index，CRI）：LED的色彩指数是指LED发出光与自然光的颜色相似程度。
色彩指数常用0-100的数值表示，数值越高，颜色还原能力越好。
测试LED色彩指数的方法是使用色彩指数计测量LED发出光的颜色。
6. 故障模式（Failure Mode）：LED的故障模式是指LED在长时间使用中可能出现的故障形式。
常见的故障模式有LED亮度衰减、灯丝断裂等。
测试LED故障模式的方法是对LED进行长时间的使用和观察，或者进行特殊的实验条件下的测试。
测试LED电学参数的一般方法是使用相应的测试仪器进行测量，例如电流表、多用途表、光功率计、色温计和色彩指数计等。
测试时需要注意选择合适的测量范围和保持恒定的测试条件，同时还需要根据LED的特性来判断测试结果的可靠性。
LED光源的物理特性及其在照明中的应用
LED光源的物理特性及其在照明中的应用随着人们对照明品质的提高，LED光源愈发受到重视。
LED即发光二极管，其照明品质和用途都不断扩大。
本文将会介绍LED光源的物理特性，并探讨其在照明中的应用。
一、 LED的物理特性1. 半导体材料的电子学性质LED之所以具有发光能力，是因为LED芯片中采用了半导体材料，而半导体材料的电子学属性是非常重要的。
在半导体材料中，有两个关键的部分，即导带和价带。
通常来说，由于导带内的电子具有比价带内的电子更高的能量，因此它们倾向于从导带向价带移动。
2. 光电效应的物理原理LED中的光电效应也是非常重要的。
当半导体材料获得足够的能量时，电子会跨越能隙进入更高的能量状态。
在这个过程中，电子失去的能量被释放为光。
因此，只有当一个材料的能带结构允许跨越一个能隙时，才有可能发出可见光。
二、 LED在照明中的应用随着光电学的进步，LED灯具的应用范围越来越广泛。
那么LED在照明中的应用有哪些呢？1. 建筑照明在建筑照明领域，LED灯具可作为建筑幕墙、广告招牌等区域照明使用。
较为规则的造型和高效节能、长寿命的特性，使LED在照明中应用广泛。
2. 道路照明LED路灯比起传统路灯具有更多的优点。
采用LED光源的路灯可以提高整体的照明效果，它们的使用范围包括城市道路、公路、城际车站等位置。
在城市规划中，采用LED作为商品灯光源是非常可行的，实现了高光效、节能低耗的照明体验，能够为城市新增更美丽的景观。
3. 室内照明LED灯具逐渐流行于广大家庭。
现在两个主流的(LED)灯泡类型是A60和GU10。
家居场景也相应的出现大量的LED灯具，如吊灯、台灯以及壁灯等等。
采用LED光源的灯具效果明显更好，且可更好地满足生活中对于照明的需求。
总的来说，LED光源作为一种新兴的光源产品，具有非常多的优势，如低能耗、长寿命、高光效等等。
在未来的发展中，随着新技术的出现，LED将在照明工业中扮演更加重要的角色，未来的市场前景值得期待。
LED基本理论知识11页word文档
LED基本理论知识半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
此主题相关图片如下：假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在*近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．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。
5LED_程立文
三、荧光粉的发展历史和现状
2. 第二代荧光粉(1949~)
卤粉在荧光灯的应用中，还存在两个缺陷: ① 发光光谱中缺少450nm以下蓝光和600nm以上红光，使 灯的Ra值偏低。加入一定比例的蓝、红粉，Ra值可提高 ，但灯的光效又明显下降。
三、荧光粉的发展历史和现状 2. 第二代荧光粉(1949~) ② 在紫外线185nm作用下形成了色心，使灯的光衰较大。 随着直管荧光灯管径的细化和紧凑型荧光灯的问世， 这一缺陷使卤粉在细管径荧光灯上的应用受到了限制。 卤粉的上述缺陷，己满足不了人们对高质量照明光源 的要求，开始对新的荧光粉进行开拓和研究。
一、激发与发光过程 3. 激子吸收引起的激发和发光
晶体在受到激发时，电子从价带跃迁到导带，在价
带留下空穴，电子和空穴都可以在晶体中自由运动，但
是电子和空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态，
这种束缚的电子-空穴对，称为激子。 激子的能量状态处于禁带之中，其能量小于禁带宽 度，一对束缚的电子-空穴对相遇会释放能量，产生窄 的谱线。
以经过三个过程产生发光。
（1）. 直接落入发光中心激发
态的发光
导带底的电子直接落入发光中心的激发态G（过程3）
，然后又跃迁回基态A，与发光中心上的空穴复合发光 （过程4）
一、激发与发光过程 2. 基质激发发光
（2）. 浅陷阱能级俘获的电子产生的发光
导带底的电子被
浅陷阱能级D1俘获（过
程5），由于热扰动，D1
三、荧光粉的发展历史和现状 2. 第二代荧光粉(1949~) 1942年英国A.H.Mckeag等发明了单一组分的 3Ca3(P04)·Ca(F，Cl)2: Sb，Mn，人们通常简称为卤粉。 1948年开始普及应用。 由于这一材料是单一基质、发光效率高、光色可调、 原料丰富、价格低廉，从实用化至今，一直是直管荧光灯 用的主要荧光粉。
10LED电学特性_程立文
二、LED的电学指标
• 1、正向电压 VF：LED正向电流在20mA时的 正向电压。 • 2、正向电流 IF：对于小功率LED，目前全世 界一致定为20mA，这是小功率LED的正常 工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片， 所以IF就要根据芯片的规格来确定正向工作 电流
二、LED的电学指标
• 3、反向漏电流IR：按LED以前的常规规定， 指反向电压在5V时的反向漏电流。如上面 所说，随着发光二极管性能的提高，反向 漏电流会越来越小，但大功率LED芯片尚未 明确规定。 • 4、工作时的耗散功率PD：即正向电流乘以 正向电压。 • 5、开启电压UON
• 特别注意，如果不加任何保护，当正向电 压增加到一定值后，发光二极管的正向电 压增加会减小，而正向电流增加会加大， 会因电流增大而烧坏发光二极管。
一、LED的电流-电压特性图
1、OC段：反向死区
• 发光二极管加反向电压是不发光的，但有 反向电流。这个反向电流通常很小，一般 在几µ A之内。
– 1990~1995年，为10μA – 1995~2000年，为5µA – 目前一般是，为3µ A以下，但基本上是0µ A
一、LED的电流-电压特性图
1、CD段：反向击穿区
• 发光二极管的反向电压一般不要超过10V， 最大不得超过15V。超过这个电压，就会出 现反向击穿，导致LED报废。
一、LED的电流-电压特性图
同一品牌和不同品牌LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
不同温度下的LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
LED产品参数实例
AOD 8mm 大功率LED标准品参数明细
LED极限参数实例
五、测量方法——杭州市创惠仪器有限公司
LED的电学、光学及热学特性
Ｇ ｔｎ ｅ ｏ ｔ ｆ ｔ ｒ 簪溯 源 ｅｔ ｇ ｈ ｏ ｅ 追 ｉ ｔ Ｒ Ｏ Ｍａ ｌ
》＞》
Ｃ— 特性 呈二次函数关系 。由１ Ｖ ＭＨＺ 交流信 号用 Ｃ— 特性测试仪测得。 Ｖ
特性
Ａ发 光 法 向光 强 及 其 角 分 布 ． Ｃ． 大 允 许 功 耗 最
（ 反 向击穿 区 Ｖ＜一 Ｖ ，Ｖ 称为反向击穿 ４） Ｒ Ｒ 电压 ；Ｒ 电压对应 ｌ Ｒ为反 向漏电流 。当反 向偏压 一 直增加使Ｖ＜一 Ｖ 时 ，则 出现 ｌ 突然增 加而 出现击穿 Ｒ Ｒ
现象。 由于所 用化合物材料种类不 同 ，各种Ｌ Ｄ的反 Ｅ
向击 穿 电压 Ｖ 也 不 同 。 Ｒ
（ ２）正 向 工作 区 ：电流 ｌ 与 外加 电 压 呈指 数 Ｆ
关 系
Ｉ Ｓ（ Ｖ ／Ｔ 一１１ 反 向饱 和 电流 。 Ｆ：Ｉ ｅｑ ＦＫ ） Ｓ为
Ｖ＞０ ，Ｖ＞ＶＦ 时 的正 向工作 区ｌ Ｆ随ＶＦ 指数上升
９ 疑糯皿 ０ １ ２ １ Ｗ ｎ ｚ ｚ ｃｒ ２ ０ ０ ０Ｉ Ｗｃ － ｇ ｍ． ｎ ／ Ｗ ｏ
为０ Ｖ，Ｇａ Ｎ为１ ｕ 。 ０ Ａ
ＩＶ 性具有 非线性 、整流 性质 ：单 向导 电性 ，即外 —特
加正偏压表现低接触 电阻 ，反之为高接触 电阻。 （１） 正 向死 区 ： （图０ 或 ０ 段 ）ａ ａ ａ 点对 于
Ｖ 为开 启 电压 ， 当Ｖ＜Ｖａ 外 加 电 场 尚克 服 不 少 因 ０ ，
Ｇ ｔ ｎ ｅ ｏ ｔ ｆ ｔｅ 追 褫 溯 源 ｅｔ ｇｔ ｏ ｔｒ ｉ ｈ Ｒ Ｏ Ｍａ
》＞＞
ＬＤ 电学 ～光学及 热学特性 Ｅ的
ＬＥＤ ＥＬＥＣ ＴＲＩ Ｉ Ｃ ＴＹ 、 ＯＰＴＩ ＣＳ ＡＮＤ ＨＥＡＴ ＰＲＯＰＥＲＴＹ
2LED_程立文
应用领域
指示灯
指示灯、计算器、数字 手表 室外信号显示、条形码 系统、光电传导系统
1986-1992
1993-1994 1997
InGaAlP红、绿、橙红、橙黄、 橙、黄色LED
InGaN绿、蓝光LED，GaN蓝光 LED 白光LED（蓝光芯片+YAG荧光 粉） InGaAlP/GaAs、 InGaN/SiC彩色 LED InGaAlP/GaAs、 InGaN/SiC彩色 LED 功率级白光LED
发展阶段 指 示 应 用 信号 显示
年份
1962 1965 1968 1970-1980 1980-1985
发展进程
GaAsP红光LED（样品） GaAsP红光LED GaAsP红、橙、 黄光LED GaAsP高效红、黄光、 GaP绿、 红光 AlGaAs橙黄、 绿、红光LED
发光效率
（lm/w）
等电子中心
1）基本概念： 等电子中心是半导体中的一种深能级杂质所产生的一种特殊的束缚 状态。能够产生等电子中心的杂质称为等电子杂质，它们都是与所取 代的基体原子具有相同价电子数目的一类杂质；它们一般不是电活性 的，在半导体中不应产生能级状态，不过实际上有时在禁带中可产生 出能够起陷阱作用的深能级，故又称等电子中心为等电子陷阱。等电 子杂质在半导体中能够产生等电子陷阱的原因，就在于杂质原子与基 体原子的电负性不同（虽然其价电子数目相同）。例如，对于GaP半 导体中的N和Bi杂质，由于N、P、Bi的电负性分别为3.0、2.1、1.9， 当杂质N取代晶格上的P之后，N比P有更强的获得电子的倾向，则可 吸引一个导带的电子而成为负离子——电子陷阱；当杂质Bi取代晶格 上的P之后，Bi比P有更强的给出电子的倾向，则可吸引价带的一个空 穴而成为正离子——空穴陷阱。这种等电子杂质不会象施主和受主那 样，产生长程作用的Coulomb势，但却存在有由核心力引起的短程作 用势，从而可形成载流子的束缚态——陷阱能级。
LED照明的电压电流特性及几种驱动方式的分析
LED照明的电压电流特性及几种驱动方式的分析首先，LED的电压电流特性决定了在给定电流下，LED的电压会保持相对稳定，而电压的变化会导致电流的变化。
一般来说，LED的电压电流特性可以通过IV曲线来表示。
IV曲线是指LED的电流与电压之间的对应关系。
在LED的工作过程中，当电压低于其正向电压时，电流会非常小；而当电压高于正向电压时，电流迅速增加。
这个正向电压被成为LED的开启电压。
LED的电压电流特性在驱动LED的过程中非常重要。
一般情况下，LED的驱动电源需要提供一个恒定的电流，以确保LED的亮度稳定。
通过限制电流的大小，可以有效控制LED的亮度。
此外，需要注意的是，驱动LED时，应尽量避免驱动电流超过LED的额定电流，否则可能会导致LED的损坏。
LED的驱动方式主要有以下几种：1.电流驱动方式：电流驱动方式是最常见、最简单的驱动方式。
在这种方式下，电流是被控变量，电压是固定的。
通过在电路中添加电流控制器或稳流源，可以实现对LED电流的精确控制。
常见的电流驱动方式有恒流源、驱动电流和限流电阻驱动等。
2.电压驱动方式：电压驱动方式是通过控制电压来达到驱动LED的目的。
在这种方式下，电压是被控变量，电流是根据电压自行调节的。
常见的电压驱动方式有直流稳压电源、电流源驱动和串联电流调整驱动等。
3.PWM调光驱动方式：PWM调光驱动方式是通过调节脉冲宽度来控制LED的亮度。
通过快速的切换LED的通断状态，可以改变LED的平均亮度。
PWM调光驱动方式可以实现对LED亮度的无级调节，同时能够提高LED的效果。
4.线性调光驱动方式：线性调光驱动方式是通过调节电流大小来控制LED的亮度。
通过改变电流的大小，可以实现对LED亮度的调节。
线性调光驱动方式具有调光平滑、调光范围宽等特点。
综上所述，LED照明的电压电流特性以及不同的驱动方式对于实现高效、稳定、可控制的LED照明非常重要。
通过了解LED的电压电流特性，可以更好地选择适合的驱动方式，以满足不同照明需求。
LED的电学、热学及光学特性研究_百度文库(精)
LED 的电学、热学及光学特性研究2011-05-11 16:05:15 文章来源:明导国际我来说两句 (0••导读: LED 的发光性能不仅和其电学特性相关,还受其结温影响。
因此,通过实际测试和仿真工具来研究其散热性能及热管理方法在LED 的设计过程中十分重要。
本文对LED 的电学、热学及光学特性进行了协同研究。
在仿真方面,完成了一个板级系统的电-热仿真;在测试方面,讨论了一个热-光联合测试系统的应用。
o关键字o LED电学热学光学特性电-热仿真• 1. 简介众所周知,LED的有效光辐射(发光度和/或辐射通量严重受其结温影响(如图一所示,数据来源于Lumileds Luxeon DS25 的性能数据表。
单颗LED 封装通常被称为一级LED,而多颗LED 芯片装配在同一个金属基板上的LED 组件通常被称为二级LED。
当二级LED 对光的均匀性要求很高时,结温对LED 发光效率的影响这个问题将十分突出[1]。
文献[2]中提到,可以利用一级LED 的电、热、光协同模型来预测二级LED 的电学、热学及光学特性。
前提是需要对LED 的散热环境进行准确建模。
本文第 2 节中我将讨论怎样通过实测利用结构函数来获取LED 封装的热模型,并将简单描述一下我们用来进行测试的一种新型测试系统。
第 3 节中,首先我们回顾了电-热仿真工具的原理,然后将此原理扩展应用到板级的热仿真以帮助优化封装结构的简化热模型。
在文章的最后我们将介绍一个应用实例。
2. 建立LED 封装的简化热模型关于半导体封装元器件的简化热模型(CTMs的建立,学术界已经进行了超过10 年的讨论。
现在,对于建立封装元器件特别是IC封装的独立于边界条件的稳态简化热模型(CTMs,大家普遍认同DELPHI 近似处理方法[3][4][5]。
为了研究元器件的瞬态散热性能,我们需要对CTM 进行扩展,扩展后的模型称之为瞬态简化热模型(DCTMs。
欧盟通过PROFIT 项目[7]制定了建立元器件DCTM 的方法,并且同时扩展了热仿真工具[6]的功能以便能够对DCTM 模型进行仿真计算。
SRTP-大功率白光LED驱动电路的研究
大功率白光LED驱动电路的研究摘要纵观人类照明史，先后经历了火光照明、白炽灯照明、荧光灯照明。
LED发光二极管作为照明家族的新成员，正处于蓬勃发展阶段，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。
随着大功率LED在灯光装饰和照明中的普遍使用，大功率LED驱动电路设计显得越来越重要。
在LED迅速发展的今天，LED驱动电路也随之快速跟进，多种驱动方式并存，不同的设计方案在完善。
在LED照明领域，没有好的驱动器的匹配，LED照明的优势将无法体现。
大功率LED是电流型器件，严格的控制流过LED的电流是恒定的及其重要，而且还要实现可以对LED调光，满足各种需求。
本文对LED的驱动方式进行了深入探讨，并基于集成电路PT4115设计了一个恒流驱动电路，用以实现大功率LED的驱动。
而且本论文还设计了一款反激式开关电源，用来给PT4115供电。
对驱动电路原理进行分析后，动手制作了实物电路验证。
实验结果表明所设计的驱动电路能保证LED的稳定高效率发光，在工程上有广泛地应用前景。
关键词：大功率LED、恒流驱动电路、开关电源、PT4115目录前言 (3)第1章整体电路图 (4)第2章大功率LED简介 (5)第3章驱动电路介绍 (11)3.1 电流限阻电路 (11)3.2线性控制电路 (12)3.3开关变换电路 (13)第4章开关电源 (14)4.1 PWM原理 (14)4.2 基于UC3842的开关电源电路 (18)4.3开关电源设计指标 (22)4.4 UC3842详细电路图 (28)第5章大功率LED恒流驱动电路 (29)5.1 大功率LED驱动芯片的比较 (29)5.2 PT4115简介 (30)5.3 PT4115恒流原理 (32)5.4 基于PT4115的恒流电路设计 (33)5.5 具体电路图 (35)第6章实验电路实物展 (36)总结 (37)参考文献 (37)前言：LED是一种节能、环保、小尺寸、快速、多色彩、长寿命的新型光源。
关于LED一些特性的原理解释
LED 特性原理解释1．温度上升电压降低LED 的光学参数与芯片pn 结结温有很大的关系。
一般工作在小电流I F ＜10mA ，或者10~20 mA 长时间连续点亮LED 温升不明显。
若环境温度较高，LED 的主波长或λp 就会向长波长漂移，亮度下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED 的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。
这主要是由大部分半导体材料的能带宽度随温度的升高而变窄引起的，即峰值光子的能量随温度的增长而减少。
能带变窄，则激发需要的电压就变小（电致发光）。
随着温度的升高，晶格的膨胀通常导致原子间的结合变弱和带隙能量的减少。
可以参考以下的经验公式：式中α和β是由实验数据得到的优化常数。
E G (0)是温度为0K 时的带隙极限值。
另有LED 的主波长随温度关系表示式：λp （ T ′）=λ0（T 0）+△T g ×K nm/℃由上经验式可知，在结温上升时，谱带波长以K △T g nm/℃的比例向长波方向移动，一般为小于1nm/℃。
且发光的均匀性、一致性变差。
2．发光波长、能带、与电压之间的关系发光光谱是指发光的相对强度（或能量）随波长（或频率）变化的分布曲线。
它直接决定着LED 的发光颜色并影响它的流明效率。
发射光谱的形成是由材料的种类、性质以及发光中心的结构决定的，而与器件的几何形状和封装方式无关。
对于辐射跃迁所发射的光子，其波长λ与跃迁前后的能量差ΔE （能带宽度）之间的关系为λ=hc/ΔE 。
h 为普朗克常数，c 为光速。
2()(0)()G G T E T E T αβ=-+对大多数半导体材料来讲，由于折射率较大，在发射逸出半导体之前，可能在样品内已经过了多次反射。
因为短波光比长波光更容易被吸收，所以峰值波长相应的光子能量比禁带宽度小些。
光子通过载流子在能带之间激发复合产生，而这个激活过程，就需要靠电能来实现，考虑到热能等能耗损失，激发的电压要略大于能带宽度ΔE/e。
LED产品的光效电功效率和功率因数
LED产品的光效电功效率和功率因数作者：spring 发布时间：2012-5-17 14:48:59 文章来源：LED产品的光效电功效率和功率因数一、前言白色LED的发光效率在不断提高，超过100lm/W(与高效荧光灯相当)的产品也已亮相。
在照明器具上使用白色LED，由于照明灯具的电源适配器、灯光反射板及透镜等的损失，通常会使灯具效率低于单纯LED光源的效率，但最近已经出现号称器具效率达到100lm/W的LED照明器具。
那白色LED今后会实现何种程度的亮度，又会具备哪些特性?必须研究购买适当的LED颗粒;必须研究灯具的总光效达到标准;必须研究尽量低的成本与尽量高的电功效率的制约;注意美国和欧盟对LED的PF值宽容的立场;推介一些切实可行的LED灯实例。
二、LED的光效日益提升是时代进步的必然基于白色LED的蓝色LED芯片的能量转换效率(输出光能量与输入功率的比)现在已经达到了50%。
但能量转换效率不可能超过100%，因为存在物理极限。
就像半导体存储器在集成度的提高上存在极限一样，能量转换效率及白色LED的发光效率今后也不可能一直提高下去。
较为合理的看法是LED产品发光效率会在150-200lm/W之间，有较好的性价比。
今后重要的是如何在LED升温合理范围内保持高的发光效率。
LED存在向芯片输入的电流密度越高，发光效率反而出现衰退(Droop)现象。
虽然衰退现象无法消除，但却可以减轻。
衰退现象减轻了，在提高电流密度时亮度就会更高，也就是说，这样便可使相同亮度(光通量)时需要的LED芯片数量尽量少。
即：如果原来使用了大量LED芯片，今后便可利用较少的LED芯片数量保持获得相同的光通量。
LED芯片的单位面积亮度(光通量)越高，亮度单价就越低，白色LED的成本竞争力也就越强。
能否提高这一成本竞争力，关键要看LED厂商的创新专利技术竞争力如何。
光衰现象越少，成本竞争力就会越高。
因为减少LED芯片的面积可降低芯片的成本，而且对顾客也有好处。
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正向工作电压 VF：参数表中给出 开启电压：电压在开启点以前几乎没有 反向漏电：当加反向电压时，外加电场与内建 正向工作电流 I ：它 的工作电压是在给定的正向电流 F 电流，电压一超过开启点，很快就显出 势垒电场方向相同，便阻止了多数载流子的扩 下得到的。小功率彩色 LED一般 最大反向电压 VRm：所允许加的最大反向 散运动，所以只有很小的反向电流流过管子。 欧姆导通特性，电流随电压增加迅速增 是指发光二极管正常 是在 IF=20mA时测得的，正向工作 B 但是，当反向电压加大到一定程度时，结在内 电压。超过此值，发光二极管可能被击 大，开始发光。开启点电压因半导体材 发光时的正向电流值。 电压 VF在1.5～GaAs 2.8V 。功率级LED一 外电场的作用下，把晶格中的电子强拉出来， 穿损坏。反向击穿电压也因材料而异， 料的不同而异。 是1.0V，GaAs1-xPx， 参与导电，因而此时反向电流突然增大，出现 般在 IF=350mA 时测得的，正向工 一般在 -2V 以上即可。 在实际使用中应根据 Ga Al As 大致是 1.5V （实际值因x值的 1-x x V 在2～4V。在外界温度升 反向击穿现象。正向的发光管反向漏电流通常 作电压 F 在IR<10μA以下，反向漏电流 I（红色）是 V= -5V ） 不同而有些差异）， GaP R， （I 需要选择 I 在 0.6· 以 高时， V 将下降。 F F。反向电流越小，说明 Fm GaP， 为GaP 0，GaN 为10uA 1.8V （绿色）是 2.0V，GaN 为
一、LED的电流-电压特性图
LED与一般二极管输入伏安特性曲线相似
1、OA段：正向死区
• VA（Uon）为LED发光的开启电压。
– 红色（黄色）LED的开启电压一般为2~2.5V – 绿色（蓝色）LED的开启电压一般为3~3.5V
一、LED的电流-电压特性图
1、AB段：工作区
• 一般是随着电压增加电流也跟着增加，发 光亮度也跟着增大。
LED的电学特性
内容
• • • • • 一、LED的电流-电压特性图 二、LED的电学指标 三、LED的极限参数 四、LED的其它电学参数 五、电参数测量仪
LED的伏-安（I-V）特性
（1） LED的伏-安（I-V）特性是流过芯片PN 结电流随施加到PN结两端上电压变化的特 性，它是衡量PN结性能的主要参数，是PN 结制作优劣的重要标志。 （2）LED具有单向导电性和非线性特性。
二、LED的电学指标
• 1、正向电压 VF：LED正向电流在20mA时的 正向电压。 • 2、正向电流 IF：对于小功率LED，目前全世 界一致定为20mA，这是小功率LED的正常 工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片， 所以IF就要根据芯片的规格来确定正向工作 电流
二、LED的电学指标
• 3、反向漏电流IR：按LED以前的常规规定， 指反向电压在5V时的反向漏电流。如上面 所说，随着发光二极管性能的提高，反向 漏电流会越来越小，但大功率LED芯片尚未 明确规定。 • 4、工作时的耗散功率PD：即正向电流乘以 正向电压。 • 5、开启电压UON
• 特别注意，如果不加任何保护，当正向电 压增加到一定值后，发光二极管的正向电 压增加会减小，而正向电流增加会加大， 会因电流增大而烧坏发光二极管。
一、LED的电流-电压特性图
1、OC段：反向死区
• 发光二极管加反向电压是不发光的，但有 反向电流。这个反向电流通常很小，一般 在几µ A之内。
– 1990~1995年，为10μA – 1995~2000年，为5µA – 目前一般是，为3µ A以下，但基本上是0µ A
LED产品参数实例
AOD 8mm 大功率LED标准品参数明细
LED极限参数实例
五、测量方法——杭州市创惠仪器有限公司
• 1、CHL-1 LED 电参数测量仪主要用于LED电 参数测量，仪器内置恒流源，正向电流数 控输出，可准确、方便、快捷、高效测量 LED的正向电压、反向漏电流。正向电压、 反向电流上下限可设定声光报警 。
一、LED的电流-电压特性图
1、CD段：反向击穿区
• 发光二极管的反向电压一般不要超过10V， 最大不得超过15V。超过这个电压，就会出 现反向击穿，导致LED报废。
一、LED的电流-电压特性图
同一品牌和不同品牌LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
不同温度下的LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
四、LED的其它电学参数
在高频电路中使用LED时 • 1、结电容Cj • 2、响应时间：上升时间tr，下降时间t f。
– 点亮时间比白炽灯快0.7~1s。 – 按100km/h计算，19.4~24.7m提前刹车。
响应时间
• LED响应时间是指：通一正向电流时开始发光 和熄灭所延迟时间，标志LED反应速度。 • 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电 容及电路阻抗。 • LED 的点亮时间——上升时间tr 是指接通电源使 发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮 度达到正常值的90%所经历的时间。 • LED 熄灭时间——下降时间tf 是指正常发光减弱 至原来的10%所经历的时间。 • 不同材料制得的LED响应时间各不相同；如 GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响应时间小于10-9S。 因此它们可用在10~100MHZ 的高频系统 中。
LED的单向导电性能越好。 下。 2.5V 。
O
C
三、由最大允许耗散 功率来确定。最好在使用时不要用到最大 工作电流。要根据散热条件来确定，一般 只用到最大电流IFM的60%为好。 • 2、最大允许正向脉冲电流IFP：一般是由占 空比与脉冲重复频率来确定。LED工作于脉 冲状态时，可通过调节脉宽来实现亮度调 节，例如LED显示屏就是利用这个手段来调 节亮度的。
三、LED的极限参数
• 3、反向击穿电压VR：一般要求反向电流为 反向电压VR指定值的情况下测试，反向电 流一般为5~100μA之间。反向击穿电压通常 不能超过20V。 • 4、最大允许耗散功率Pmax=IFH×VFH：一般 按环境温度为25℃时的额定功率。当环境 温度升高，则LED的最大允许耗散功率将会 下降。