LED发光二极管正向电压如何计算 详解发光二极管性能参数

本文主要是关于LED发光二极管的相关介绍，并着重对LED发光二极管的工作电压及其性能参数进行了详尽的阐述。

LED发光二极管正向电压如何计算

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式计算：

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的正常工作电流。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED发光二极管电压范围

LED(发光二极管)的工作电压随制造材料不同也不同。普通做提醒指示用磷砷化镓材料的在1.55V-----1.85V之间;磷化镓材料的在1.85V-----2.15V之间，这种LED 有红、绿、黄、橙(双色LED)多种发光颜色供选择。一般工作电流很小，约在5-----10mA(0.005A-----0.010A),亮度不是很高，不能用于照明。手电筒中用的LED是一种超高亮度的，它的工作电压较高，通常为3.35V------3.65V,工作电流也相对较大，在30mA-----50mA，亮度很高，目前发光颜色单一，为冷光色。其实LED还有许多种类，在民用、工业、科技、国防、航空和航天等领域得到了广泛的应用!

随着新技术的出现新型集成R-LED，使普通红光LED从1.8V-2.2V的区间，上升到3V-10V的工作电压YXSensor YX503URC LED发光二极管工作电流10-30Ma,蓝光YXSensor YX503BRC LED也从5-12V可工作电压。

LED发光二极管有着工作电流很小，工作电压很低，可靠性高，寿命长，抗冲击和抗震性能好。可以通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱等传统照明设备所不具有的优点，因此可以得到广泛的运用。

发光二极管性能及用途

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极

管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式计算：

R=（E－UF）/IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的正常工作电流。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括威廉希尔官方网站 损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。

上个世纪60年代，科技工作者利用半导体PN结发光的原理，研制成了LED发光二极管。当时研制的LED，所用的材料是GaASP，其发光颜色为红色。经过近30年的发展，现在大家十分熟悉的LED，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光LED仅在近年才发展起来，这里向读者介绍有关照明用白光LED。

1． 可见光的光谱和LED白光的关系。众所周之，可见光光谱的波长范围为380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光--红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如LED发的红光的峰值波长为565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色黄、绿、蓝合成。由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光＋黄色光）或三波长发光（蓝色光＋绿色光＋红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。

2． 白光LED的工艺结构和白色光源。对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图1所示，图中LEDGaM芯片发蓝光（λp＝465nm），它和YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光（构成LED的结构如图2所示）。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。

3．白光LED照明新光源的应用前景。为了说明白光LED的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明／瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明／瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明／瓦，到了1999年已达到15流明／瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明／瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明／瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明／瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。

普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。

LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。

发光二极管参数

1、色温

常规色温：暖白光（WW）2700-3200k、自然光（NW）4000-4500K、正白光（PW）6000-6500K、 冷白光（CW）7000-7500k 【此处冷白光区别与珠宝灯的冷白光，珠宝灯的冷白光一般为15000-20000K】另外，红色、绿色、蓝色等单一彩色灯珠chang也可以做。

2、功率

LED球泡灯一般的功率都在12W以下。常见LED球泡灯功率分为：3w、4w、5w、6w、7w、8w、9w、10w。

3、电压和电流

电压和电流也是LED球泡灯很重要的基本参数。世界不同国家的电网电压以及某些场合使用的电压是不一样的。常用的电压为12v、110v、220v、85v-265v。电流分为输入电流和灯珠电流。第一：输入电流：可以用电源测试出来了，不同的功率不一样，以仪器为准。第二：灯珠电流：一般大功率都是以300mA—320mA-之间。电流对LED灯的光衰影响很大，因此电流的稳定性也很重要。灯珠电流和电压不能给的太大，否则会严重影响LED灯的寿命。

4、光效

光效也是LED球泡灯很重要的一个因素。目前（2013年8月）为止，用日亚、科锐等芯片的灯珠光效一般为150-0Lm/W左右。【此处不考虑实验室环境下测试的光效，目前（2013-4月为止，科锐公布的实验室下最高光效为276Lm/W】，目前国内用***芯片的灯珠光效基本在100-130Lm/W上下。

5、光通量

光通量主要由LED球泡灯的光效和功率来决定。一般用积分球测量。

6、照度

照度一般灯光设计师会考虑的比较多，一般情况下，我们考虑的很少。照度的单位为勒克斯，英文为Lux，现在也可以缩写为Lx。1 Lm的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度。照度通常用照度表进行测量，照度表使用简单，购买成本便宜，在没有积分球系统的时候可以用照度表来测量作为一些参考。

7、光衰

光衰用通俗的话讲，就是球泡灯在使用一定时间后，亮度下降了多少。影响LED灯光衰最主要的因素是散热和电流。电流不稳定、散热效果差，光衰就会很严重。如果LED灯泡使用的是隔离式恒压+恒流LED驱动电源、车铝灯壳散热，则光衰控制在2‰以内。

8、色差

色差就是色温的不一致性，一般暖白光（2700-3200k）会考虑到色差问题。暖白光就是我们平时说的黄光，有时候我们买了两支同样品牌、同样功率发黄光的节能灯，在同一环境下点亮，会发现一个光色比较亮，一个光色比较暗，这种情况就是色差。在有些场合，色差是觉得不允许出现的。

9、显色性

光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=23 ，荧光灯管显色指数 Ra=60~90 。显色分两种：忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 （Ra） 高的光源，其数值接近100 ，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。

10、眩光

视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。

11、使用寿命

LED在一般说明中，都是可以使用50，000小时以上，还有一些生产商宣称其LED可以运作100，000小时左右。这方面主要的问题是，LED并不是简单的不再运作而已，它的额定使用寿命不能用传统灯具的衡量方法来计算。实际上，在测试LED使用寿命时，不会有人一直呆在旁边等着它停止运作。不过，还是有其他方法来测算LED的使用寿命。LED之所以持久，是因为它不会产生灯丝熔断的问题。LED不会直接停止运作，但它会随着时间的推移而逐渐退化。有预测表明，高质量LED在经过50，000小时的持续运作后，还能维持初始灯光亮度的60%以上。假定LED已达到其额定的使用寿命，实际上它可能还在发光，只不过灯光非常微弱罢了。要想延长LED的使用寿命，就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。

传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色

结语

关于发光二极管的相关介绍就到这了，希望通过本文能让你对发光二极管有更全面的认识。

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