【正文】 ................................................................................... 61 、依據(jù)其控制源 ................................................................................................ 61 、聲控 .................................................................................................... 61 、非聲控 ................................................................................................. 61 、依據(jù) LED燈的表現(xiàn)形式 ................................................................................ 61 、光源型 ................................................................................................. 62 、屏幕型 ................................................................................................. 62 、依據(jù)控制器的相互關(guān)系 .................................................................................. 62 、分控式 ................................................................................................. 62 、獨(dú)立式 ................................................................................................. 62 附錄一（術(shù)語(yǔ)表） .......................................................................................................... 63 LED 部分 LED 概述 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件。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(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái) ，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 、按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。 ? 標(biāo)準(zhǔn)型 通常作指示燈用，其半值角為 20176。 LED 的基本原理 目前使用的大部分 燈具 是白熾鎢絲燈或者采取氣體放電，而半導(dǎo)體發(fā)光二極管（ LED） 的發(fā)光原理則與 大部分燈迥然不同。而圖 2(b)的材料均是間接帶隙（ Indirect Bandgap），其帶隙即導(dǎo)帶最低點(diǎn)與價(jià)帶最高點(diǎn)不在同一 K 空間，以致電子與空穴復(fù)合時(shí)除了發(fā)光外，還需要聲子（ Phonon）的配合，所以發(fā)光效率 低。但是，如果發(fā)出的光是激發(fā)輻射（ Stimulated）的，如 圖 5(b)所示其方向一致，則此種元件被稱(chēng)為半導(dǎo)體激光二極管（ LD： Laser Diode）。 要得到高的內(nèi)部量子效率，一部分與結(jié)構(gòu)有關(guān)，簡(jiǎn)單的 pn 結(jié)用同質(zhì)結(jié)構(gòu)（ HomoStructure）不易得到高效率，因?yàn)?pn結(jié)材料間折射率之差低，光 的閾值也低，其結(jié)果如圖 7(a)所示。這些 LED的 IV（電流 電壓）特性示于圖 9(b)。 AB段：工作區(qū) 在這一區(qū)段，一般是隨著電壓增加電流也跟著增加，發(fā) 光亮度也跟著增大。 、 LED 的電學(xué)指標(biāo) ： 正向電壓 VF： LED正向電流在 20mA時(shí)的正向電壓。 最大允許工作電流 IFM： 由最大允許耗散功率來(lái)確定。 輻射過(guò)程的能量損失 電 光轉(zhuǎn)換效率對(duì) LED 的產(chǎn)品性能有很大影響，并且在發(fā)光過(guò)程中伴隨有能量損失，同樣影響 LED的發(fā)光效果。 LED芯片發(fā)出的光遇到其他介質(zhì)的交界面時(shí)會(huì)發(fā)生光反射現(xiàn)象，并被 LED芯片吸收，這部分被吸收的光子能量轉(zhuǎn)化為芯片熱量并產(chǎn)生溫升。我們將從這兩方面展開(kāi)討論，進(jìn)而分析 LED的各種光學(xué)指標(biāo)。該圖是歸一 化圖，只要標(biāo)示 X、 Y 值，就可以知道 Z的值（ Z=1（ X+Y）），因而三變量的色品圖就變成 X、 Y二變量的平面圖。 ? 中心波長(zhǎng)：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率出現(xiàn)主峰和次峰時(shí)，主峰半寬度的中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。帶寬越小則顏色越純，顯然它也是純粹的物理量。如黑體鎢絲在 2020176。當(dāng) λp380nm 或λp780nm 時(shí)，即使光源的光能量輻射再?gòu)?qiáng)，人眼也對(duì)它沒(méi)有任何光的感覺(jué)。最大流明效率 Km為 683lm/W（當(dāng) λp=555nm 時(shí)）。 ? 亮度 (L) 光源發(fā)光面上某點(diǎn)的亮度 L（單位為 cd/m2），等于 垂直于給定方向的平面上所得到的發(fā)光強(qiáng)度與該正投影面積之商，即 L=dI/dScosθ （ 4） 單位為尼特（ nt）， 1nt=1 燭光 /m2=1 cd/m2 。 LED光源的發(fā)光角度也是一個(gè)指標(biāo)。 ? 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。 由于在正向電流 IM下， pn結(jié)溫升與其正向電壓變化成線(xiàn)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/℃ ）。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)。 、 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。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)。 ? 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(wàn)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(wú)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(guò)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。但要制造這種性能的 LED，在目前的工藝條件下是不可能的。 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。但還需要進(jìn)一步提高效率，降低粒度。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(guò)實(shí)驗(yàn)選擇最佳的主波長(zhǎng)配比。 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。 下 表對(duì)幾種主要的白光 LED制作效果進(jìn)行了比較。 ? 有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、輸出開(kāi)路或短路保護(hù)。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。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?？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(guò) 200Hz，以保證開(kāi)關(guān)電容器具有足夠的放電時(shí)間。 LM3354的開(kāi)關(guān)工作頻率為 1MHz，故而可以采用較小的開(kāi)關(guān)電容器。 從實(shí)用的角度來(lái)看，對(duì)于電源電壓較高的車(chē)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(kāi)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。近年來(lái)，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。 ? 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 。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(wèn)題。 （ 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。各種 熒光粉的化學(xué)成分及其應(yīng)用如表 1所示。美國(guó) GE公司持有多項(xiàng)專(zhuān)利，國(guó)內(nèi)也有一些專(zhuān)利報(bào)道。 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。在可見(jiàn)光的光譜中是沒(méi)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(yáng)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。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(lái)的技術(shù)指標(biāo)，從而影響其出光效率和使用壽命。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， LED 器件的壽命會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。無(wú)論是在運(yùn)輸狀態(tài)，還是在裝配過(guò)程中，都可能出現(xiàn)靜電帶來(lái)的損壞，要特別注意防靜電。最后就可以計(jì)算出熱阻。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。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。當(dāng)光強(qiáng)不均勻時(shí)，夾角就不相等了。 ? 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 。 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(jiàn)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。 、 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(xiàn) 對(duì)于有不同 λp 的光線(xiàn)，即使光功率一樣，人眼感到的光強(qiáng)度仍是不一樣。 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。色純度也是一種生理 心理物理量。 ? 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)。但 是，人眼的顏色特性對(duì)于不同的觀(guān)測(cè)者或多或少會(huì)有一些差異，因此要求根據(jù)大量觀(guān)測(cè)者的顏色視覺(jué)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(guān)測(cè)者光譜三刺激值 ” ，以此來(lái)代表人眼的平均顏色視覺(jué)特性，用于色度學(xué)的測(cè)量和計(jì)算。 、 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(wú)法正常工作。VF ），減少部分的能量變成 pn結(jié)熱能而產(chǎn)生溫升。反向擊穿電壓通常不能超過(guò) 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(guò) 20V。 、 LED 的極限參數(shù) 最大允許耗散功率 Pmax=IFHVFH ： 一般按環(huán)境溫度為 25℃ 時(shí)的額定功率。 CD段：反向擊穿區(qū) 發(fā)光二極管的反向電壓一般不要超過(guò) 10V，最大不得超過(guò) 15V。 LED工作的電流 電壓特性圖 OA段：正向死區(qū) VA為開(kāi)啟 LED發(fā)光的電壓。 用 AlGaAs及 AlGaInP均可得到紅光，用 AlGaInN可以得到藍(lán)光、綠光及紫外線(xiàn)，一般都用 MOCVD(Metalanic Chemical Vapor Deposition)法或 OMVPE（ Organic Metal Vapor Phase Epitaxial）法生長(zhǎng) AlGaInP及 AlGaInN材料，用不同量子阱材料得到不同顏色的 LED。 當(dāng)電子與 空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光，而光波 λ 與能量 E間的關(guān)系是 其中， h是普朗克常數(shù)； c是光速。圖 4(a)是受主與導(dǎo)帶復(fù)合，圖 4(b)是施主與價(jià)帶復(fù)合，圖 4(c)是施主 與受主的再?gòu)?fù)合，圖 4(d)是