浅谈led光源的特性

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1、1、引言    20世纪中叶出现在市场上的第一批LED发光二板管，经过近50年历程，技术上已取得长足的进步。发光效率达到50Lm/w，光强达烛光级，辐射颜色形成包括白色光的多元化色彩，寿命达数万小时。尤其近10年中，LED的质量提高了10倍，而制造成本下降到早期的10分之一，这个趋势正在进一步疾速地延续之中，从而使LED成为信息光电子新兴产业中板具影响的新产品，在显示技术领域中占有其特殊的举足轻重的一席之地。更由于LED的低压供电，附件简单，结构紧凑，可控性强，色彩纯正和丰富，高亮度、高防潮、防震性能节能环保等一系列优点，使LED成为室内外景观照明的优选产品和任何辐射光源，低气压放电光源及

2、高强度光源一样，LED光源也有着自己的基本特征与特性，本文浅谈LED光源的基本特性。2、LED工作机理    LED是Light  Emitting  Diode（发光二极管）的简称，它是一种半导体二极管。结构上是一种允许电流单向导通的器件。通常是采用两种性质有细微差异的材料构成的PN结组成（如图1所示），P面是带过量的负电荷（通常称“空穴”），N面是带过量的负电荷（电子）。当正向导通的电压加在这个半导体材料的PN结上时，电子就会从N区向P区移动，而空穴从P区向N区移动，在P区和N区的交界处电子和空穴发生复合，复合过程中能量就会以光的形式从LED中发射出来。    LED发光的颜色由组成的

3、半导体的材料决定。目前照明领域使用的LED有两大类：一类是磷化铝，磷化镓和磷化铟的合金（AlGalnP或AlInGaP）可以做成红色、橙色和黄色的LED；另一类是氮化铟和氮化镓的合金（InGaP）来做成绿色、蓝色和白色的LED。值得注意的是只要合金组分有细微的变化，发光颜色就会有比较大的改变。3、LED的伏安特性    LED的伏安特性如图3所示，它与通常的半导体二级管伏安特性大致相同。可以近似认为电流I与电压V的n次方成正比，电压V较小时电流I主要为漏电流，数值很小。随着外加正向电压增大达到PN结内部电位差时，正向电流急剧加大，LED的驱动电路必须考虑这一特点，在电路中需要串联适当数值的

4、电阻限制电流，以防止烧毁PN结。在驱动电源电压时，串联电阻大小决定了LED的工作电流。4、LED的光性能4-1  LED的光输出  与目前的照明光源相比，LED的光输出仍相对比较低，因此还得采用多个LED的阵列或其它结构来进行照明应用，目前实验室状态下的单个白光LED的光输出已经接近100流明。另外LED的光通量还和输出波长有关。表1出了目前各种颜色的照明用LED达到的光通量水平。表1各种LED的光通量水平颜色光通量（lm）白光18-87蓝光7-30绿光25-120黄光20-69红光25-554-2  LED的光束角  早期的LED的光束角比较窄，给照明应用带来很大困难。目前经过对LED的

5、结构改进，可以得到余弦的光型分布。现在可以在LED内加上控光器件来达到适合不同用途的光型分布。另外在设计照明系统时，还可以通过外部灯具来进一步调整光型分布，以达到更好的应用效果。早期的LED是作为指示用途的，因此结构设计成光线向前发射，目前可以对结构进行调整，可以得到各方向发光的LED，当然LED的散热基片会影响发光的方向。4-3  LED的高亮度和光输出的关系  在以前，所有的LED制造商都是用发光亮度来标定LED的性能的，亮度的单位是是坎德拉（Candela），因为那时的LED主要是作指示用途，所以不考虑光通量输出的情况。在LED的不同方向的发光亮度有很大的差别，而且不同的光型分布也会

6、对发光亮度的大小有影响，因此用发光亮度数据来衡量光通量是不合理的。我们在考虑LED的光通量输出的大小时，不仅要考虑发光亮度的最大值，还要考虑其光束角的大小。在两个LED的光通量输出相同的情况下，光束角的不同会使它们的发光亮度差别十分大。目前LED的光束角的范围大概是6-100度，因此使用亮度来表示照明LED的性能不确切，应该采用光通量输出来标定。  值得注意的是，当我们用光束角很小的LED阵列设计时，由于安装位置的小变化或者瞄准角度的偏差都会给实际的使用效果带来很大的影响。5、LED的电特性    LED是低电压工作的电子元件，一般指示LED采用2到4V的直流电进行驱动，其电流范围约1到5

7、0mA。对于照明LED系统来说，单个LED需要的驱动电压是相同的，但电流会大些，一般会达到几百毫安。在使用多个LED串联的结构可以使用高电压来驱动。    LED是单向导通的，反向的电压会损坏LED。因此生产商需要标明LED所能够承受的反向电压，一般在5V左右。表2给出了LED的电气特性参数。图4给出了LED在标准大气压25℃时的典型电气特性曲线。表2LED的电气特性参数参数兰兰绿绿白色琥珀色橙红黄单位反向电压55555