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        LED照明——LED解析與應用

        來源:浙江省照明學會 發布時間:2016-10-21瀏覽:762
        LED原理:發光二極管,是一種PN結器件,具有二極管單向導電特性,也發出某種波長的光,把電能轉換為光能。實際應用中我們是充分利用PN結的發光特性,而不是它的導電特性。本文從LED的原理和熱學特性等方面來解析LED及其應用。
        吳敏偉
        杭州安得電子有限公司  
         
        LED原理:發光二極管,是一種PN結器件,具有二極管單向導電特性,也發出某種波長的光,把電能轉換為光能。實際應用中我們是充分利用PN結的發光特性,而不是它的導電特性。其半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結,也形成一個勢壘。當但它在外加正偏壓時,P型材料為正極,N型材料為負極,PN結的勢壘降低,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,能級從高的導帶躍遷到較低的價區,就會有多余的能量以光子的形式釋放出來,光子的波長和它攜帶的能量多少有關,能量越高,對應的光的波長就越短,反之波長越長,在可見光的頻譜范圍內(波長380-780nm)當復合釋放出的光子能量較多時,可見光為波長較短的紫光、藍光,反之有紅光。然而位于導帶與價帶的中間附近的能級,復合時能量不大,不能形成可見光,這些便以熱能形式放出來,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。 因此我們在驗證LED整燈時,溫度測試發現同款結構產品色溫低的其結溫比色溫高的高出10度左右,光衰也相比大約0.5-1.5%。也即是色溫低的波長長,轉換光能量低,光效低,釋放熱量多的特性。所以我們設計結構產品時,驗證當中是必優先考慮波長長,色溫低的,以達到確保其不同色溫產品的壽命。

        LED熱學特性:LED的光學參數與PN結結溫有很大的關系。一般工作在小電流IF<10mA,或者10~20 mA長時間連續點亮LED溫升不明顯。若環境溫度較高,LED的主波長或λp 就會向長波長漂移,每結溫升高10℃,則波長向長波漂移1nm,且發光的均勻性、一致性變差。導致加速光衰影響壽命。這對于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或專門通用設備、散熱設計很關鍵。實驗發現如燈具外殼與燈珠結溫如相差有35度以上,相對結溫也會超130度,高溫烘箱加速光衰實驗中也將基本上48小時后有光衰出現,也即基本上是散熱未處理好。

        目前各生產廠商對LED開關次數測試設定標準不一,有開10S關10S;開30S關30S;開15S關45S的,而壽命標準也只是工廠宣稱的:開關測試的次數大于等于額定壽命的二分之一。從LED發光原理看,與其他氣體性電燈不一樣,LED冷光PN結晶體管,開關多少次與影響使用壽命不大,而且其響應頻率較高,大于開關時間,也就是很短的脈沖加在LED兩端,它就能隨之發出相應的光脈沖,若輸入信號頻率過高,只是影響可靠輸出光信號,利用此性能廣泛應用遙控器上,有效完成光電轉換。只要電流在額定范圍之內,驅動電源穩定開關測試就不會影響其壽命,現經實驗證明開關次數基本上20-30萬次以上都無一失效,由此認為開關次數多少不應來衡量其壽命,只供參考驗證驅動電源可靠性或是甚至可以忽略實驗。


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