LED业务培训教材

1． 引言2． LED 发光原理3． LED 专用术语与重要照明术语 4． LED 驱动电源介绍5． XY-L42W1ZB,XY-L56W1ZB,XY-L70W1ZB 介绍 6． 太阳能路灯的配置介绍 7． LED 用铝基板介绍 8．有关商业照明知识 1． 引言单从照明节能的效果来讲，做过一个测算，因为中国现在照明用电已经每年有3000亿度，这也是一个非常惊人的量。

我们算过如果能够取代30%的传统照明，每年节约的电力应该有600亿度，到2015年，如果随着技术的提升我们认为它节电能达到2000亿度。

和原来相比节电会有多少？能够节到90%，这是和白炽灯比，和荧光灯比的话能够节电50%。

应该说是一个非常具有潜力的一个节能的产业。

如果我们按国家的推算，我们国家有三分之一的光源用半导体照明来代替，那我们可以节省一座三峡发电站。

2．LED 发光原理发光二极管(Light Emitting Diode ，简称LED)和半导体激光器（Laser Diode ，简称LD ）都属于发光器件，都采用PN 结或异质结的注入式场致发光的方法发光。

它们的结构如图2-1所示。

它们的发光光谱相当窄，LED 发光谱线宽典型值是100~500Å；LD 的只有0.1~1Å宽。

它们之间主要区别是：发光二极管靠注入的载流子自发复合的自发辐射，发射的是非相干光。

而半导体激光器靠受激辐射，发射的是相干光，光的单色性、方向性和亮度等都比发光二极管的好得多。

发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN 结。

因此它具有一般P-N 结的I-V 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。

假设发光是在P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。

除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。

发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率就高。

由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg 有关，即λ≈1240/Eg（mm ）；式中Eg 的单位为电子伏特（eV ）。

若能产生可见光（波长在380nm 紫光～780nm 红光），半导体材料的Eg 应在3.26～1.63eV 之间。

比红光波长长的光为红外光。

现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

3．LED 专用术语与重要照明术语 3.1 LED 极限参数的意义（1）允许功耗Pm :允许加于LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。

超过此值，LED 发热、损坏。

（2）最大正向直流电流I Fm ：允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极管。

（3）最大反向电压V Rm ：所允许加的最大反向电压。

超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

（4）工作环境t opm :发光二极管可正常工作的环境温度范围。

低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

3.2电参数的意义(1)光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2-2所示。

由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。

(2)发光强度IV ：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。

若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr 时，则发光1坎德拉（符号为cd ）。

由于一般LED 的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。

(3)光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度。

是指图2-2中1/2峰值光强所对应两波长之间隔。

(4)半值角θ1/2和视角：图2-1(a)半导体发光二极管 图2-1(b)半导体激光器图2-2 LED 的波长曲线θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。

半值角的2倍为视角（或称半功率角）。

图2-3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。

中垂线（法线）AO 的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。

显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度大，相对发光强度越小。

由此图可以得到半值角或视角值。

(5)正向工作电流If ：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。

在实际使用中应根据需要选择I F 在0.6·I Fm 以下。

(6)正向工作电压V F ：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。

一般是在I F =20mA 时测得的。

发光二极管正向工作电压V F 在1.4～3V 。

在外界温度升高时，V F 将下降。

下降幅度一般为0.02V/℃。

(7)V-I 特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图2-3表示。

在正向电压小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。

当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。

由V-I 曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。

正向的发光管反向漏电流Ir <10μA 以下。

3.3:LED 的分类按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。

另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。

根据发光二极管发出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。

散射型发光二极管适合于做指示灯用。

按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。

圆形灯按直径分为φ2mm 、φ4.4mm 、φ5mm 、φ8mm 、φ10mm 及φ20mm 等。

国外通常把φ3mm 的发光二极管记作T-1；把φ5mm 的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm 的记作T-1（1/4）。

由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

从发光强度角分布图来分有三类： (1)高指向性。

一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。

半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

(2)标准型。

通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

(3)散射型。

这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED （发光强度<10mcd ）；超高亮度的LED （发光强度>100mcd ）；把发光强度在10～100mcd 间的叫高亮度发光二极管。

一般LED 的工作电流在十几mA 至几十mA ，而低电流LED 的工作电流在2mA 以下（亮度与普通发光管相同）。

按发光波长分发光二极管依发光波长分为可见光发光二极管(波长450~680nm) 与不可见光发光二极管(波长850~1550nm)两大类。

若以其使用的磊晶层材料可进一步分为二元化合物(如GaAs 、GaSb 、GaN 等)、三元化合物( 如AlxGa1-xAs 、AlxGa1-xP 、In1-xGaxAs 等) 、四元化合物( 如AlInGaP 、InAlGaAs 、AlxGa1-xAsyP1-y 等)及GaN 系化合物四大类。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类等按功能分类的。

3．2重要照明术语如其它所有科技行业一样，照明行业也有其专业术语。

这些特殊的用语和概念可以明确定义光源和灯具的特征，并使测量单位标准化，下面是对其中最重要的术语的说明。

●光线和辐射光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。

这类射线的波长范围在360到830nm 之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。

温度远远高于50Hz 工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。

●光强一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。

光源在某一特定方向角内发射的光通量就叫做光强。

单位：坎德拉（cd ）。

图2-3 不同型号LED 光强分布图2-3 LED 的V-I 特性曲线光强(l)是指在某一特定方向角（w）内所发射的光通量（Φ）●辉度L是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。

单位：坎德拉/平方米[cd/m2]。

●显色性原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。

光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。

通常叫做“显色指数”（Ra）。

显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。

Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。

Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。

●灯具效率灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。

关于室内人造光线照明的详细资料，请查阅DIN5035标准。

标准色度分布图从色度图中精选部分所显示的普朗刻曲线LUMILUX®三基色荧光灯日光色光谱分面图l●绿色照明通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明器产品，最终达到高效、舒适、安全、经济、有益于环境和改善人们身心健康并体现现代化文明的照明系统。

●节能灯指消耗较少的电能而达到较高的光照效果的照明产品，如荧光灯、环型灯、直管型荧光灯、紧凑型荧光灯等。

●光通维特率灯在规定的条件下燃点，灯在寿命期间内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量之比，以百分数来表示。

国标要求：2000h不小于78%。

国外先进水平：2000h不小于90%。

美国能源之星：40%额定寿命时不小于80%。

国内水平：注重质量的企业，并采用保护膜工艺，基本都能达到国标。

●功率因数交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率，而有功功率只是其中的一部分。

功率因数是灯管的有功功率与视在功率之比。

功率因数低，则电流中的谐波含量越高，对电网产生污染，破坏电网的平衡度，无功损耗增加。

●显色指数衡量光源显现实照物体真实颜色能力的参数。