LED是发光二极管英文(Light-Emitting Diode)的简称,由半导体材料构成。常说的LED灯珠是指功率较大的LED,多为白光LED,如图1所示,通常用作照明或液晶屏的背光源。
LED是一种固体光源,当给它两端加上正电压时,半导体中的电子与空穴复合,从而辐射出可见光。由于LED具有节能、环保、安全、寿命长、功耗低等优点,现已广泛应用于指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
一、LED的特性
1.光学特性
LED发光的波长不同,则呈现的颜色也就不同。按颜色分有红、橙、黄、绿、蓝、紫、白等多种颜色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等多类。同种芯片在不同的封装方式下,它的亮度也不相同。按人的视觉可分为可见光和不可见光两大类。按发光颜色的多少可分为单色、双色、七彩等多类。
另外,LED色彩的纯度不同,其成本相差较大,如现在广泛使用的纯白色LED,价格就高于其他色的LED。
LED在其电流极限参数范围内,若流过的电流越大,它的发光亮度就越高,即LED的亮度与通过LED的电流成正比。但需注意的是,绿光、蓝光及白光LED在大电流情况下会出现饱和现象,这时不仅发光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短。
2.LED的伏安特性
LED是一种可发光的二极管,除了具有发光特性外,还具有普通半导体整流二极管的特性。其伏安特性曲线分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区,如图2所示。
OA段为正向死区,VA为开启LED发光的电压,又称开启电压,如红色、黄色LED的开启电压一般为2V~2.5V。
AB段为工作区,在这一区域,随着LED两端正向电压的增加,流过LED的电流会大幅增加,LED的发光强度也会增强。当LED两端正向电压增加到一定值后,流过LED的电流会超过其极限值,从而烧坏LED。
OC段为反向死区,即给LED加上反向电压,LED是不发光的,但有较小的反向电流,其值一般为数微安。一般LED在反向电压VR=5V的条件下,反向电流IR≤10μA。
OD段为反向击穿区。通常情况下,加在LED上的反向电压不要超过10V,最大不能超过15V,否则会导致LED反向击穿而损坏。
值得一提的是,LED的伏安特性并不是固定的,而是随着温度变化而变化。即使在恒压供电时,流过LED的电流会随着温度的变化而变化,使之伏安特性具有负温度系数的特点,如图3所示。
3.LED电性能参数
LED正向电压:不同颜色的LED在额定的正向电流条件下,有着各自不同的正向压降值(常称作正向电压),红、黄、橙色LED的正向电压在1.8V~2.5V之间,绿、蓝、白色LED的正向电压在2.7V~4.0V之间。
LED的额定工作电流:普通的白光LED电流一般为20mA,大功率的白光LED电流一般为60mA、120mA、350mA等。
LED的额定功率:常见 LED功率有70mW、100mW、1W、2W、3W、5W等多种。
4.温度特性
LED的亮度输出与温度成反比。温度不仅影响LED的亮度,也影响它的寿命。在实际使用中,应尽量减少LED周边电路的发热量,并做一定的散热处理。
另外,在焊接LED时,温度应低于250℃,焊接时间控制在3s~5s之间,以避免温度过高损坏LED芯片。
综上所述,LED主要具有以下特点:
(1)单向导电,且LED的开启电压、正向压降与LED的发光颜色有关。在实际使用中,应采用直流电压或单向脉冲电压向LED供电,且电压不得低于LED的正向压降。
(2)LED具有非线性的伏安特性曲线,电流与电压不成正比。在实际电路中,应对LED电流加以限制,以防止LED过流损坏。
(3)LED的发光强度(光通量)随电流的增大而增加,但不成正比。在设计电路时,应让LED在光效比较高的电流值下工作。
(4)LED对温度敏感,当其内部结温升高时,光输出量减少,正向压降减小。因此,在设计或安装LED中,应采用优良的散热设计,尽可能使LED工作于低温度环境中。
(5)LED的离散性较大,在LED照明电路中,应尽量选用在额定电流条件下正向压降值相同、光强差别小的LED,只有这样才能保证LED的发光效果一致。