基础知识之LED（发光二极管)

  ”的半导体，名称取至 “Light Emitting Diode” 的首字母。 1993年基于氮化镓制造出的高亮度蓝色实现商用化，随之制造出白色LED，该白色LED作为第4照明光源备受注目。

  LED是由电子（带负电）多的N (-：negative) 型半导体和空穴（带正电）多的P (+： positive) 型半导体结合而成。 该半导体施加正向电压时，电子和空穴就会移动并在结合部再次结合，正是再结合的能量转变成光而发出。 与先将电能转换为热能，再转换为光能的以往光源相比，因为能够直接将电能转换为光能，所以能不浪费光能，高效率地获得光。

  LED有两种类型灯泡型（引线型）和芯片型（表面贴装型），可根据用途选择比较适合的类型。

  LED根据不同的使用材料，发出不同的发光颜色（发光波长）。 交通信号、汽车停车灯等具有官方标准的特定用途，多数情况被标准化为灯泡光源规格，因此就需要选择符合该波长规格的LED。 波长的标准有两种类型λP（峰值波长）和λD（主波长），λD相当于实际人眼看到的颜色。（λ=读拉姆达）

  蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合，获得白色光。 该方式与其他方式相比，结构相对比较简单、效率高，因此目前已成为主流。

  光的三基色LED组合，获得白色光。 该方式比起照明用途，更多的用于全彩LED显示设备。

  7段LED是专门用于数字显示的数字显示模块。 因为发光二极管（LED）放置在要显示的数字形状部位，所以拥有非常良好的可视性。

  表示从特定方向观测到的亮度。单位为cd（坎德拉）。 比较光强时需要非常注意指向角。光强是指单位立体角内发出的光通量。 透镜作为LED封装的组成部分可以向特定方向集中光输出（用透镜集光），即使光输出小也能集光，因此光强变大。 比较技术资料时，应该要依据指向角和光强进行判断。

  指LED发出的光谱输出值最高的波长，单位为nm（纳米）。 设计LED时采用峰值波长进行设计，但实际用人眼比较波长时使用主波长进行比较。

  LED一般用波长表示颜色。主波长相当于眼睛看到的颜色所对应的波长，与发光波长的峰值波长有差异。 单位为nm（纳米）。

  L指用二维正交坐标系表示LED发光颜色的刺激值，通常用x y坐标系。

  表示LED光辐射的范围。单位为 “度” 。 将封装倾斜观察光输出时，用于判断从输出的极限值位置能观测多大角度。将输出达到峰值一半时的角度乘以2倍（从正面看时相当于左右端）的值叫做指向角。

  LED特性根据周围温度及LED发热在内的芯片温度（Tj：发光部的结温）发生明显的变化。 以下针对代表性的特性变化进行说明。

  LED的Tj上升，则光通量变少。 这是因为阻碍发光的电子和空穴再结合运动增加了。

  与光强变化相同，气温变化引起发光波长发生明显的变化。 主要是气温变化引起半导体的禁带宽度发生明显的变化，所以波长发生明显的变化。 波长变化量因材料不同有差异，InGaAlP系LED随温度上升时，λd有0.1nm/°C的变动，向长波长侧变化。 针对波长规格严格的用途，需要探讨在整机的工作保证温度范围内波长的变化。

  除特殊情况，VF的变化与发光波长相同，因半导体的禁带宽度变化而变化。 随着温度上升，VF会以2mV/°C的数值下降。 VF的变化在电路设计上是重要的要素。 LED恒流工作时，VF变化作为电路常数问题不大，但LED在恒压工作或接近恒压时，随温度上升VF下降，电流增加。 电流增加，则Tj变高，VF下降，直到达到平衡状态为止，电流会一直增加。 相反温度变低，则VF变高，电流减少，有可能恒压工作时得不到所需的光强。

  LED在制造阶段就具有特性值分布，即所谓的偏差。 因此对光强等级、电气特性规定了最小值等。 进行光学设计、电路设计时需要仔细考虑偏差。 例如，VF随气温变化之前，在特定分布中已存在偏差。 当没有设计裕量时，针对VF偏差大的产品，需要探讨气温变化时是否能得到所需的特性。 依据电路特性、整机特性，有时需要将LED特性值的偏差幅度缩小。 此时，需要探讨引进特殊规格，及判断是不是能对应此规格。

  当电流沿LED正向流动时，正极和负极间产生的电压叫做正向电压（VF）。单位为V（伏特）。 数据表等资料中刊登了相对于电流的正向电压的特性曲线图正向电流（IF）-正向电压（VF）特性。 在实际探讨LED照明电路时，这个特性是最重要的考虑项目。

  正向电流（IF）-正向电压（VF）特性随LED元件的材料、尺寸以及发光颜色的不同而不同。而且随环境和温度变化。此外，还具有半导体特有的特征值分布，即所谓的偏差。 当LED恒流驱动时，正向电压（VF）的变化不构成大的问题，但在恒压驱动的情况下，需要仔细考虑电压变化和偏差。

  当LED以恒压驱动方式串联点亮时，通常如下图所示，电路中包含与LED串联的电阻，用于控制电流。

  以这个电路为例，首先是根据正向电流（IF）-正向电压（VF）特性，读取亮灯时LED的正向电流（IF）和正向电压（VF）值。 将数值代入上式，计算出R（电流控制电阻）值。

  LED的正向电流（IF）-正向电压（VF）特性取决于元件的材料和发光颜色。即使具有相同的材料和发光颜色，也存在半导体特有的个体偏差。

  如下图所示，当LED①和LED②的正向电压（VF）值不同时，如果用一个电阻控制电流，则难以控制每个LED的电流（IF1和IF2）。 每个LED连一个电阻，可设为每个LED的电流（IF1或IF2），因此更容易自由设定，例如均衡电流值、抑制亮度偏差。另外，通过加大输入电压（Vin），增加电阻两边的电压，还能够大大减少偏差。