【正文】 白光 LED 以恒流源供電有利于抑制電源電壓變動所造成的不利影響，目前也確有不少電流輸出型電荷泵電路可 供選用。此類典型的器件有 LM3354 型開關(guān)電容變換器， 其電源電壓范圍為 ~，輸出電壓有一系列標稱值可供選擇，用作白 光 LED驅(qū)動器時應(yīng)選擇 。不過目前多已改 用集成恒流源為白光 LED供電，可以消除電源電壓變動所造成的不利影響。 LCD背光裝置則大多采用 PWM電源為 LED供 電，以避免這一 “ 色偏 ” 問題。 按 集成器件品種 分類 可以用作白光 LED驅(qū)動電 源的集成器件品種較多，大致分為 恒流源、電荷泵和開關(guān)電源三種類型 ： ? 恒流源 絕大多數(shù) LCD 背景照明裝置都配有亮度控制器以便使用中根據(jù)環(huán)境光線的強弱進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。 過去認為有電感的升壓式 DC/DC變換器可輸出較大的電流。 ? 小尺寸封裝，并要求外圍組件少而小，使所占印制板面積小。 ? 在多個白光 LED并聯(lián)使用時，要求各白光 LED的電流相匹配，使亮度均勻。 幾種主要的白光 LED制作效果 LED 驅(qū)動 、 LED驅(qū)動器的要求 驅(qū)動器可以看作是向白光 LED供電的特殊電源，可以驅(qū)動正向壓降為 ~光 LED，并根據(jù)需要驅(qū)動串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的多個白光 LED，滿足驅(qū)動電流的要求。 三基色光混合的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 4） 多芯片集中封裝在一個器件中，熱量的散發(fā)會更加困難。然而即使在傳播一定距離后，仍然只有中心區(qū)域才出現(xiàn)白光，也就是說中心區(qū)域以外的 區(qū)域仍然沒有 混合，并且發(fā)散角度比較大的光線在經(jīng)過傳播后遠離中心，繼而造成發(fā)光效率降低。同時考慮這幾個因素，進行綜合 的實驗來得到最好的效果，所以上述的只作為參考的比例，而不是固定的結(jié)論。如果為了提高顯色指數(shù)，可采用藍光（ 460nm）、綠光 （ 525nm）、黃光 （ 580nm）、紅光 (635nm)組合，這種光的主波長配比可得到最佳的顯色指數(shù)（達 95 以上），光效可達35~40lm/W，最低色溫可做到 2700K。因此 ，還需要盡快研制效率高、穩(wěn)定性好的熒光粉，以滿足半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的需要。最好能制備出直徑 3~4nm 之間的球形的熒光粉。 、熒光粉法原理 在 LED熒光粉 方面近幾年的發(fā)展非常迅速。 缺點：一致性差、色溫隨角度變化。 優(yōu)點：效率高、色溫可控、顯色性較好。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。例如 LED 發(fā)的紅光的峰值波長為 565nm。如小電流時為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色 ? 價格 LED的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只 LED的價格就可以與一只白熾燈的價格相當(dāng)，而通常每組信號燈需由上 300～ 500只二極管構(gòu)成。有時會使膠體變黃變濁，影響透光；有的會使膠?；扑?。但是， LED 器件的壽 命與使用時系統(tǒng)的散熱條件、出光效率有直接關(guān)系。但目前由于材料、制造技術(shù)等方面原因，市場上的 LED器件壽命只能達到2~3 萬小時。這是衡量這批 LED器件質(zhì)量的關(guān)鍵指標。 、 其他相關(guān)指標 、 防靜電（ ESD）指標 做好的 LED器件要注意防靜電。這對 LED是否有影響， 可以繼續(xù)展開實驗來證明。在一定時間之后，開關(guān)再次切換至 “1” ，在 IM下測得 LED的正向電壓 VF2。通過此熱敏溫度系數(shù)，在恒定的偏置電流 IM 下，可將功率恒流脈沖施加前后的結(jié)電壓變化量 ΔVF 換算為相應(yīng)的結(jié)溫變化量。 正向電壓法二極管熱阻測試示意圖 根據(jù) 上 圖，對被測 LED 施加一定的加熱功率 脈沖（恒流 IH），被測 LED的 pn結(jié)發(fā)熱。 中國電子科技集團第十三研究所制造聽 NC2992 型半導(dǎo)體器件可靠性分析儀，可用于測試熱阻。與 LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性 能及粘結(jié)時的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。 光源的半強度角 、 LED的熱學(xué)指標 、 熱阻 Rt h 在 LED點亮后達到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時，芯片表面每耗散 1W的功率，芯片 pn結(jié)點的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻 Rth，單位為 ℃ /W。當(dāng)光源的光強均勻時，向法線偏轉(zhuǎn)的周圍光強是原來一半時所夾的角應(yīng)當(dāng)都相等。 若光源射來的光線與測量面垂直，則 cosθ=1 。 藍光 LED激發(fā)黃色 YAG熒光粉形成白光時，雖然輻射出的藍光能量有損失，但激發(fā)出黃光的最大流明比藍光要高好幾倍，所以人眼感覺的流明效率提高了。 ? 流明效率 : 人眼受能見度限制，因此對于不同的 λp ，光有不同的最高流明效率： λp=555nm 時：最大流明效率（ Km）為 683lm/W； λp=470nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683= ； λp=460nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=450nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=660nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=650nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=620nm 時： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； 不同光源組成的白光，其最大流明效率因人眼能見度不同的原因而不同。表征的符號為 φ ，國際通用的光通量單位為流明（ lm）。例如在 下 圖的相對視敏函數(shù)曲線中，對于 850nm、 880nm、 940nm處的線外線，人眼根本看不到。一般情況下，人們把高色溫稱為冷色調(diào)，把低色溫叫做暖色調(diào)。F （華氏度 1176。當(dāng)光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時，黑體的這個溫度就稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。 主波長示意圖 、 色溫或相關(guān)色溫 白光在照明領(lǐng)域的使用，一般用色溫或相關(guān)色溫表示（有時也用色坐標表示）。所 以，若色坐標位于光譜軌道上，則色純度為 100%；反之，等能的白光純度則為 0%。一般應(yīng)用于配光曲線法向方向附近凹進去的、質(zhì)量不好的單色管的檢測。由 E點連接 F點并延伸交于 G點，則 G點對應(yīng)的單色波長即稱為 F點光源的主波長 λd 。 CIE1931色品圖 、 光的顏色鮮艷度 光的顏色鮮艷度必須用光的主波長 λd 和色純度來表示。關(guān)于顏色的測理和標準應(yīng)該符合人眼的觀測結(jié)果。 光的顏色的三種表示法 ： 國際照明委員會色品圖表示法 光的顏色鮮艷度 色溫或相關(guān)色溫 下面將逐一對其進行介紹。溫度升高，藍光太強，非輻射現(xiàn)象增加，藍光轉(zhuǎn)換成黃光的效率下降。當(dāng)光線入射角大于全反射角時，則光線100%被反射。 以上 兩 種原因使 pn結(jié)發(fā)射出的光子總能量小于加在 pn結(jié)上的電能（即 IF在 LED的 pn結(jié)上加上 IF 反向擊穿電壓 VR： 一般要求反向電流為指定值的情況下可測試反向電壓 VR，反向電流一般為 5~100μA 之間。參考一般的技術(shù)手冊中給出的工作電流范圍，最好在使用時不要用到最大工作電流。 工作時的耗散功率 PD： 即正 向電流乘以正向電壓。 正向電流 IF： 對于小功率 LED，目前全世界一致定為 20mA，這是小功率 LED的正常工作電流。在 1990~1995年，反向電流定為 10μA ， 1995~2020年為 5μA ；目前一般是在 3μA 以下，但基本上是 0μA 。但在這個區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會減小，而正向電流會加大。我們分別對圖中 所示的各段進行說明。由圖可見， AlGaAs DH LED 及 AlGaInP DH LED 的 IV特性相近，效率 r=2 表示電流主要是用作發(fā)光的再復(fù)合， AlGaInN DH LED 則不同，低電流主要是隧道（ Tunnelling）電流，但是 AlGaInN SQW（單量子阱）低電流時 r=2，高電 流時有高電阻。用量子阱可以得到小的臨界電流（ Threshold Current），同時量子阱的材料可以改變晶格不匹配以產(chǎn)生壓縮性或者伸張性應(yīng)變（ Strain），這些應(yīng)變可以改變波長并減少臨界電流。用圖 7(b)所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（ DH： DoubleHetero Structure），可以提高效率。圖 6所示的是pn 結(jié)能帶，其中，圖 6(a)表示在平衡狀態(tài)，圖 6(b)表示在正向偏壓時，圖 6(c)表示在注入高密度電流時的電子與空穴復(fù)合產(chǎn)生光的情況，至于不發(fā)光的復(fù)合，則有通過禁帶中央深能級（ Deep Trap Center）的復(fù)合以及在晶體中產(chǎn)生的熱能損失。目前要得到高功率 LED就是要得到非常高的自發(fā)輻射。 上述的 “ 復(fù)合 ” 是由于本身內(nèi)部（ Intrinsic）產(chǎn)生的，但是假設(shè)將雜質(zhì)（ Impurity）摻入半導(dǎo)體，則會在帶隙中產(chǎn)生施主（ Donor）及受主 （ Acceptor）的能級，因此又可能產(chǎn)生不同的復(fù)合而發(fā)出光如圖 4所示。目前發(fā)光二極管用的都是直接帶隙的材料。雖然 Ⅱ Ⅵ 族材料也可以得到紅光和綠光，但是這族材料極為不穩(wěn)定，所以目前使用的發(fā)光材料大部分是 Ⅲ Ⅴ 族。發(fā)光二極管自發(fā)性（ Spontaneous）的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。 、按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)?！?45176。半值角為 5176。圓形燈按直徑分為φ 2mm、φ 、φ 5mm、φ 8mm、φ 10mm及φ 20mm 等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。 PN 結(jié)施加反向電壓時，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。結(jié)構(gòu)如下圖它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。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。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射 劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。國外通常把φ 3mm 的發(fā)光二極管記作 T1；把φ 5mm的記作 T 1（ 3/4）；把φ 的記作 T1（ 1/4）。～ 20176。 ? 散射型 這是視角較大的指示燈，半值角為 45176。 、按發(fā)光強度和工作電流分 按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強度 100mcd）；把發(fā)光強度在 10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，多以 Ⅲ Ⅴ 、 Ⅱ Ⅵ 族化合物半導(dǎo)體為材料。 發(fā)光效率與材料是否為直接帶隙（ Direct Bandgap）有關(guān)，圖 2(a)是直接帶隙材料，包括 GaNInNAlN、 GaAs、 InP、 InAs及 GaAs等，這些材料的導(dǎo)帶最低點與價帶最高點在同一 K空間。 在直接帶隙材料中，電子與空穴復(fù)合時，其發(fā)光躍遷（ Radiative Transition）有多種可能性，如圖 3所示。圖 4(a)是受主與導(dǎo)帶復(fù)合，圖 4(b)是施主與價帶復(fù)合，圖 4(c)是施主 與受主的再復(fù)合，圖 4(d)是激子再復(fù)合。 圖 6所示為發(fā)光二極管 pn結(jié)（ Junction）的能帶結(jié)構(gòu)， p型半導(dǎo)體是摻雜了受主雜質(zhì)，而 n型則是摻雜了施主雜質(zhì)，將兩種材料放在一起即得到 pn結(jié)。 當(dāng)電子與 空穴復(fù)合時產(chǎn)生不同波長的光，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。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中， pn結(jié)材料與中間活性層（ Active Region）的材料不同，帶隙較高，可以得到較高的折射率之差，所輻射的光不但強而且半高寬較窄，如圖 7(b)所示，所以此種結(jié)構(gòu)已完全取代同質(zhì)結(jié)構(gòu)。 用 AlGaAs及 AlGaInP均可得到紅光，用 AlGaInN可以得到藍光、綠光及紫外線，一般都用 MOCVD(Metalanic Chemical Vapor Deposition)法或 OMVPE（ Organic Metal Vapor Phase Epitaxial）法生長 AlGaInP及 AlGaInN材料，用不同量子阱材料得到不同顏色的 LED。圖 10所示是可見光 LED的發(fā)展史，自 1970年左右開始紅光 LED的光功率不斷上升，但是藍光 LED的特性到 1992年后才 突飛猛進。 LED工作的電流 電壓特性圖 OA段：正向死區(qū) VA為開啟 LED發(fā)光的電壓。如果沒有保護電路，會因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。 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 10V，最大不得超過 15V。但目前出現(xiàn)了大功率 LED的芯片，所以 IF就要根據(jù)芯片的規(guī)格來確定正向工作電流。 、 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℃ 時的額定功率。要根據(jù)散熱條件來確