【正文】 定，一般只用到最大電流 IFM的 60%為好。反向擊穿電壓通常不能超過 20V，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，一定要確定加到 LED的反向電壓不要超過 20V。VF 電能后，可以轉(zhuǎn)變成光功率輻射出來，在輻射光的過程中產(chǎn)生能量損失的原因有以下幾種： 正向電壓 VF下，載流子（電子 空穴）在 pn 結(jié)中復(fù)合發(fā)射出光子，會(huì)造成能量損失。VF ），減少部分的能量變成 pn結(jié)熱能而產(chǎn)生溫升。 激發(fā)過程的能量損失 對(duì)于白光 LED，由于用藍(lán)光激發(fā)黃色 YAG 熒光粉，因此其激發(fā)過程中也存在能量損失 .藍(lán)光對(duì)黃色 YAG 熒光粉并非 100%激發(fā)，這與黃色 YAG熒光粉的顆粒大小和均 勻度有關(guān)系。 、 LED 的其他電學(xué)參數(shù) 在 高頻電路中使用 LED時(shí)，還要考慮以下兩個(gè)因素 ： 結(jié)電容 Cj 響應(yīng)時(shí)間： 上升時(shí)間 tr，下降時(shí)間 t f 當(dāng) LED接在高頻電路中使用時(shí)，要考慮到結(jié)電容和上升、下降時(shí)間，否則 LED無法正常工作。 、 國(guó)際照明委員會(huì)色品圖表示法 ： 國(guó)際照明委員會(huì)（ CIE）于 1931年研究提出了 XYZ色品圖， 1960年又在 XYZ色品圖的基礎(chǔ)上提出了 UCS 色品圖。但 是，人眼的顏色特性對(duì)于不同的觀測(cè)者或多或少會(huì)有一些差異，因此要求根據(jù)大量觀測(cè)者的顏色視覺實(shí)驗(yàn)，確定 一組為匹配等能光譜色的三原色數(shù)據(jù)，即“ 標(biāo)準(zhǔn)色度觀測(cè)者光譜三刺激值 ” ，以此來代表人眼的平均顏色視覺特性，用于色度學(xué)的測(cè)量和計(jì)算。目前， LED芯片供應(yīng)商都是用主波長(zhǎng) λd 來表示鮮艷度，而不用峰值波長(zhǎng) λp 來表示。 ? 峰值波長(zhǎng) λp ：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率最大處的對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。 ? 色純度 Pe：如圖 2所示， Pe=EF/EG。色純度也是一種生理 心理物理量。光源的顏色有兩方面的意思，即色表和顯色性。 光譜的能量分布和黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜能量分布相似時(shí)，其顏色必定相同。F= ）以上時(shí)輻射出的顏色與蠟燭點(diǎn)亮?xí)r發(fā)射光的顏色相同，那么鎢絲 2020176。 、 與光輻射強(qiáng)度有關(guān)的指標(biāo) ： 相對(duì)視敏函數(shù) V（ λ ）曲線 對(duì)于有不同 λp 的光線，即使光功率一樣，人眼感到的光強(qiáng)度仍是不一樣。 相對(duì)視敏函數(shù)曲線 國(guó)際照明委員會(huì)研究推薦了 V（ λ ）曲線。 假設(shè)單色光的波長(zhǎng)為 λi ，則該波長(zhǎng)的光通量 F（ λi ）就等于它的輻射功率 P（ λi ）與相對(duì)視敏函數(shù) V（ λi ）的乘積，可參見式（ 1）： F（ λi ） =P（ λi ） V （ λi ） （ 1） 如果光源的輻射功率波譜為 Px(λ) ，則總的光通量 F（ λ ）應(yīng)為各個(gè)波長(zhǎng)分量光通量的總和，即式（ 2）： （ 2） P（ λ ）為給定波長(zhǎng)的光輻射功率，單位是 W。中色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較高，而高色溫區(qū)和低色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較低。 ? 發(fā)光強(qiáng)度 (I) 光源在指定方向上的立體角 dΩ 之內(nèi)所發(fā)出的光通量或所得到光源傳輸?shù)墓馔縟φ ，這二者的商即為發(fā)光強(qiáng)度 I（單位為坎德拉， cd）： I=dφ/dΩ （ 3） 1 cd=1 lm/sr（流明 /立體弧度） =1 燭光 若光源向空間發(fā)射的總光通量為 φ ，因光源總立體角度為 4π ，則平均光強(qiáng)Iθ=φ/4π 。對(duì)于理想平面漫反射光源，若光源面積為 S，向上空發(fā)射的光通量為 φ ，則有光強(qiáng) I=φ/2π （因?yàn)橄蛏习l(fā)射，所以只有 2π ）： L=I/S=φ/2π當(dāng)光強(qiáng)不均勻時(shí)，夾角就不相等了。數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。熱沉 （散熱器） 是用什么材料制成的？是用導(dǎo)熱很好的銅，還是鋁，而且與銅、鋁的散熱面積大小也有直接的關(guān)系。這種儀器的工作原理是，利用半導(dǎo)體器件在恒定電流下 LED的 正向電壓與溫度具有很好的線性關(guān)系（測(cè)試布線圖參見 下 圖）。比較恒流脈沖施加前后，在恒流 IM偏置下所測(cè)的電壓變化量。可將式（ 1）和式（ 2）改寫為式（ 3）： Rt h =ΔVF/K最后就可以計(jì)算出熱阻。按作者做過的實(shí)驗(yàn)，上述方式會(huì)對(duì) LED產(chǎn)生一定的影響。無論是在運(yùn)輸狀態(tài)，還是在裝配過程中，都可能出現(xiàn)靜電帶來的損壞，要特別注意防靜電。若工作 10 小時(shí)內(nèi)無 “ 死燈 ” 現(xiàn)象出現(xiàn)，說明失效率較好，即失效率為 0。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， LED 器件的壽命會(huì)越來越長(zhǎng)。即使 LED 器件的壽命很長(zhǎng)，如果用于燈具系統(tǒng)，但這個(gè)燈具設(shè)計(jì)的散熱系統(tǒng)和出光系統(tǒng)不是很理想，則 LED 器件的壽命也不會(huì)長(zhǎng)。這些都會(huì)使 LED器件的性能發(fā)生變化，因此達(dá)不到原來的技術(shù)指標(biāo)，從而影響其出光效率和使用壽命。 白光 LED 自上個(gè)世紀(jì) 60年代，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(lán)等多種色光。在可見光的光譜中是沒有白色光的，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紅、綠、藍(lán)合成。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)”。 缺點(diǎn)：三基色光衰不同導(dǎo)致色溫不穩(wěn)定、控制電路較復(fù)雜、成本較高。 b、 紫外光 LED芯片 激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光。美國(guó) GE公司持有多項(xiàng)專利，國(guó)內(nèi)也有一些專利報(bào)道。在 “ 藍(lán)光 LED+綠色熒光粉 +紅色熒光粉 ” 的方法中，綠色熒光粉的效率基本上能滿足要求，但紅色熒光粉的效率需要有較大提高。各種 熒光粉的化學(xué)成分及其應(yīng)用如表 1所示。為了兼顧出光效率和顯色指數(shù)，三種 LED 芯片發(fā)出的光的主波長(zhǎng)和發(fā)光強(qiáng)度需要進(jìn)行優(yōu)化組合。 （ 3）如果將三種 LED芯片簡(jiǎn)單地排列封裝在一起，那么這樣不能使三種 LED的顏色光很好地混合成白光。 RGB三基色的混合 綜上所述 ，如何在較短傳播距離內(nèi)高效地混光，是封裝高質(zhì)量三基色白光 LED的關(guān)鍵所在。因此在制作 RGB三基色光混合成白光時(shí)，特別要注意散熱的問題。對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求如下： ? 為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有升降壓功能，以滿足 1~3節(jié)充電電池或 1節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池 終止放電電壓為止。 ? 功耗低，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)一般靜態(tài)電流應(yīng)小于 1μA 。 ? 對(duì) 其他電路的干擾影響小。近年來，電荷泵式驅(qū)動(dòng)器可輸出的電流已從幾百毫安上升到 ，并且兩者在轉(zhuǎn)換效率上也不相 上下。由于 LED 的光子發(fā)射源于電子、空穴對(duì)的復(fù)合，故其發(fā)射速率以及 發(fā)光強(qiáng)度均與 LED 的正向電流成比例。 從實(shí)用的角度來看，對(duì)于電源電壓較高的車載設(shè)備，由于多個(gè)白光 LED 可以串聯(lián)使用，所以采用配有脈寬調(diào)制器的集電極開路（ OC）或電流鏡輸出級(jí)即可構(gòu)成簡(jiǎn)單的 LED驅(qū)動(dòng)器。 MAX1916和 LX1190是兩種較為常見的恒流源集成電路。 LM3354的開關(guān)工作頻率為 1MHz，故而可以采用較小的開關(guān)電容器。 LTC3200 的反饋閾值電壓則可由 “ 引 腳編程 ” 方式設(shè)定為 200mV、 400mV 或 600mV(第四種編程組態(tài)為 “ 關(guān)斷 ”) ，若以 PWM 信號(hào)令其間歇進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，便可平滑調(diào)節(jié)白光 LED 的亮 度而不致產(chǎn)生明顯的 “ 色偏 ” ?？刂瓢坠?LED亮度的脈寬調(diào)制信號(hào)可由器件的判斷控制（ SD）端送入，其重復(fù)頻率應(yīng)在 60Hz 以上，以免LED產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象；但也不宜超過 200Hz，以保證開關(guān)電容器具有足夠的放電時(shí)間?？梢杂米靼坠?LED驅(qū)動(dòng)器的電源變換器件包括不少種類，其中應(yīng)以電壓輸出型電荷泵電路最為簡(jiǎn)單。此時(shí)，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，通常需為每只白光 LED 配備獨(dú)立的限流電阻，借以克服白光 LED 正向壓降一致性差以及不可直接并聯(lián)工作的弊端。但因白光LED 的 “ 色溫 ” 也與工作電流直接有關(guān)，這類控制方案會(huì)使 光源在整個(gè)亮度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的顏色一致性變得很差，故而僅能用于按鈕照明之類對(duì)于顏色保真度要求很低的場(chǎng)合。這種驅(qū)動(dòng)器主要 用于 1節(jié)鋰離子電池的場(chǎng)合，并需用正向電壓低的白光 LED。 、 驅(qū)動(dòng)器的分類 、 從供電電壓的高低分類 ? 由電池供電 由電池供電 電壓一般低于 5V，主要用于便攜式電子產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)小功率及中功率白光 LED，它主要采用升壓式 DC/DC 變換器或升壓式（或升降壓式）電荷泵變換器，少數(shù)采用 LDO 電路的驅(qū)動(dòng)器； ? 大于 5V供電 大于 5V供電 ， 如 6V、 9V、 12V、 24V（或更高），由穩(wěn)壓電源 或蓄電池供電，它主要用降壓式可升降壓式 DC/DC變換器； ? 直接由市電 直接由市電（ 110V或 220V）或相應(yīng)的高壓直流電（如 40~400V）供電，主要用于驅(qū)動(dòng) 大功率白光 LED，采用降壓式 DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)電路。 ? 有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、輸出開路或短路保護(hù)。目前高的可達(dá) 80%~90%，一般可達(dá)到 60%~80%。 下 表對(duì)幾種主要的白光 LED制作效果進(jìn)行了比較。采用這種結(jié)構(gòu)后，三種光基本集中在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行混光，所以在 制作三基色合成白光 LED時(shí)，應(yīng)該在熱沉上和模粒上實(shí)現(xiàn)一些特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使三種基色光能在集中的區(qū)域混合產(chǎn)生有效的白光。 RGB三種芯片發(fā)出的光能量主要分布在以光源光軸為中心的一定角度之內(nèi)，因此不 同位置上由不同芯片發(fā)出的光要傳播一定距離后，才可能發(fā)生交疊進(jìn)而混色。 （ 2） 對(duì)于三種 LED 紅、綠、藍(lán)芯片的發(fā)光強(qiáng)度的比例，一般選擇為 3（紅）： 6（綠）： 1（藍(lán)），但是要考慮到不同芯片光衰不一樣；而且當(dāng)點(diǎn)亮發(fā) 熱后，三基色光的主波長(zhǎng)漂移也不同。要達(dá)到最佳光 效，可在這三種光的主波長(zhǎng)范圍內(nèi)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)選擇最佳的主波長(zhǎng)配比。最近，在紅色熒光粉方面已經(jīng)取得了一 些進(jìn)展，但發(fā)光效率較高的熒光粉主要是硫化物體系，其穩(wěn)定性能差。但還需要進(jìn)一步提高效率，降低粒度。 缺點(diǎn)：目前， LED芯片效率較低，有紫外光泄漏問題，熒光粉溫度穩(wěn)定性問題有待解決。 優(yōu)點(diǎn)：效率高、制備簡(jiǎn)單、溫度穩(wěn)定性較好、顯色性較好。 、 白光 LED 實(shí)現(xiàn)方法 目前， LED實(shí)現(xiàn)白光的方法主要有 兩 種： ? 通過 LED紅綠藍(lán)的三基色多芯片組和發(fā)光合成白光。但要制造這種性能的 LED，在目前的工藝條件下是不可能的。 高亮度 LED 食人魚 LED 大功率 LED 眾所周知，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。 ? 效能 消耗能量較同光效的白熾燈減少 80% ? 適用性 很小，每個(gè)單元 LED小片是 35mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 ? 穩(wěn)定性 10萬小時(shí)，光衰為 初始的 50% ? 響應(yīng)時(shí)間 其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)， LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) ? 環(huán) 保 無有害金屬汞 ? 顏色 改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。由于時(shí)間和化學(xué)作用，會(huì)使封裝膠的透光性變差。目前有報(bào)道指出，只要測(cè)定 LED器件點(diǎn)亮?xí)r波長(zhǎng)的漂移和與器件 連接的熱沉的溫度，就可算出 LED器件的壽命，這還有待于實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。按理論計(jì)算可達(dá)10 萬小時(shí)以上。 、 失效率 λ 失效率 λ 是指一批 LED器件在 點(diǎn)亮后多長(zhǎng)時(shí)間、有多少個(gè)出現(xiàn) “ 死燈 ” 現(xiàn)象?？偠灾琇ED在工作時(shí)，最好將它的 pn結(jié)溫度保持在 100℃ 以下。所以在封裝 LED時(shí)，有時(shí)為了使封裝膠快干或熒光粉快干，在溫度 150℃ 保存 1~2小時(shí)。然后開關(guān)切換到 “2” ，給被測(cè) LED注入恒定電流 IH，使其結(jié)溫升高。 由于在正向電流 IM下， pn結(jié)溫升與其正向電壓變化成線性關(guān)系，因此相關(guān)系數(shù) K為器件的熱敏溫度系數(shù)（ mV/℃ ）。熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于 LED來說，熱阻一般是指從 LED芯征 pn 結(jié)到熱沉上的熱阻，熱阻計(jì)算公式可表示為 Rt h =( TjTx)/P (2) 式中， Tj 為施加大小為 P 的加熱功率脈沖后測(cè)得的 LED結(jié)溫； Tx 為熱沉鋁基板上的溫度。 ? 確定熱阻大小 怎么測(cè)出熱阻呢？根據(jù) LED芯片 pn結(jié)溫度升高 10℃ ，波長(zhǎng)會(huì)漂移 1~2nm，或當(dāng) pn結(jié)溫度升高 10℃ 時(shí)，光強(qiáng)會(huì)下降 1%，按照這種規(guī)律可測(cè)出 pn結(jié)溫度上升了多少度。 ? 影響熱阻的因素 怎樣才能降低 LED的熱阻呢？熱阻的大小與以下因素有關(guān)： 與 LED芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)。 LED光源的發(fā)光角度也是一個(gè)指標(biāo)。 ? 半強(qiáng)角度 : 半強(qiáng)角度即以前所說的半值角，就是光源中心法線方向向四周張開，中心光強(qiáng) I到周圍的 I/2之間的夾角，即為半強(qiáng)角度 ，如 下 圖所示。 ? 亮度 (L)