LED照明——LED解析与应用

LED原理：发光二极管，是一种PN结器件，具有二极管单向导电特性，也发出某种波长的光，把电能转换为光能。实际应用中我们是充分利用PN结的发光特性，而不是它的导电特性。其半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结，也形成一个势垒。当但它在外加正偏压时，P型材料为正极，N型材料为负极，PN结的势垒降低，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，能级从高的导带跃迁到较低的价区，就会有多余的能量以光子的形式释放出来，光子的波长和它携带的能量多少有关，能量越高，对应的光的波长就越短，反之波长越长，在可见光的频谱范围内（波长380－780nm）当复合释放出的光子能量较多时，可见光为波长较短的紫光、蓝光，反之有红光。然而位于导带与价带的中间附近的能级，复合时能量不大，不能形成可见光，这些便以热能形式放出来，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。 因此我们在验证LED整灯时，温度测试发现同款结构产品色温低的其结温比色温高的高出10度左右，光衰也相比大约0.5－1.5％。也即是色温低的波长长，转换光能量低，光效低，释放热量多的特性。所以我们设计结构产品时，验证当中是必优先考虑波长长，色温低的，以达到确保其不同色温产品的寿命。

LED热学特性：LED的光学参数与PN结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，每结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。导致加速光衰影响寿命。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、散热设计很关键。实验发现如灯具外壳与灯珠结温如相差有35度以上，相对结温也会超130度，高温烘箱加速光衰实验中也将基本上48小时后有光衰出现，也即基本上是散热未处理好。

目前各生产厂商对LED开关次数测试设定标准不一，有开10S关10S;开30S关30S;开15S关45S的，而寿命标准也只是工厂宣称的:开关测试的次数大于等于额定寿命的二分之一。从LED发光原理看，与其他气体性电灯不一样，LED冷光PN结晶体管，开关多少次与影响使用寿命不大，而且其响应频率较高，大于开关时间，也就是很短的脉冲加在LED两端，它就能随之发出相应的光脉冲，若输入信号频率过高，只是影响可靠输出光信号，利用此性能广泛应用遥控器上，有效完成光电转换。只要电流在额定范围之内，驱动电源稳定开关测试就不会影响其寿命，现经实验证明开关次数基本上20-30万次以上都无一失效，由此认为开关次数多少不应来衡量其寿命，只供参考验证驱动电源可靠性或是甚至可以忽略实验。