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1、LED 简介一、led 的结构及发光原理 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。 LED 结构图如下图所示 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
2、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。二、 LED 光源的特点 1. 电压： LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 3. 适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成
3、各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50% 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色 8. 价格：LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只 LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上 300500 只二极管构成。三、单色光 LED 的种类及其发展历史 最早应用半导体 P-
4、N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当时所用的材料是 GaAsP，发红光（p=650nm），在驱动电流为 20 毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约 0.1 流明/瓦。 70 年代中期，引入元素 In 和 N，使 LED 产生绿光（p=555nm），黄光（p=590nm）和橙光（p=610nm），光效也提高到 1 流明/瓦。到了 80 年代初，出现了 GaAlAs 的 LED 光源，使得红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦。 90年代初，发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材料的开发成功，使 LED的光效得到大幅度
5、的提高。在 2000 年，前者做成的 LED 在红、橙区（p=615nm）的光效达到 100 流明/瓦，而后者制成的 LED 在绿色区域（p=530nm）的光效可以达到 50 流明/瓦。四、单色光 LED 的应用 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
6、LED 光源，包括电路损失在内，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。1987 年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于 LED 响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。 另外， LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。 五、白光 LED 的开发 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（p=465nm ， Wd=30nm），高温烧结制成的含 Ce3
7、+的 YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，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。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉，其最好的发光效率约为 25 流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在 2000 元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以 Z
8、nSe为材料的白光 LED，不过发光效率较差。从表中也可以看出某些种类的白色 LED 光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加 R.G.B 三颜色荧光粉，用于封装 LED 白光，预计三波长白光 LED 今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。六、业界概况 在 LED 业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度 LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；LD），是业界握有蓝光 LED 专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色 LED
9、生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光 LED 价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系 LED 业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光 LED 竞争中，逐步被欧美及其他国家的 LED 业者抢得先机，届时将对整体日本 LED 产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光 LED 的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商 Cree，全球 3 大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens 、 Research、EMCORE 等都投入了该产品的研发生产，对促进白光 LED
10、产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。 电子镇流器的主要电路型式时间：2007-01-18浏览 28095 次 【字体：大 中 小】1、 常用的镇流方法（1） 电阻镇流电阻镇流器工作原理如图 1 所示。电阻镇流的工作效率低，要确保电阻镇流电路正常工作，应使电源供电电压不低于 2 倍的灯工作电压。实用中应用不多。（2） 电容镇流电容镇流只有在很高的供电频率下才能很好地工作，如果交流供电频率太低，则会在交流供电的每半个供电周期内产生很大的峰值电流，具有镇流工作效率高的优点。电容镇流器工作原理如图 2 所示。（3） 电感镇流电感镇流是一种得到广泛应用的镇流方法，但它的损耗比电容镇流要大，但是
11、灯电流在 50Hz 交流供电频率下的失真较电容镇流要小得多，使用时需配用启动器。电感镇流器工作原理如图 3 所示。电感镇流几乎可以应用于所有的气体放电灯应用场合。电感镇流具有以下特点： 相对电阻镇流损耗低。 电路简单。但是也有以下的缺点： 由于电路中有一个电感，所以灯电压、灯电流之间有一个相位差，从而造成电路的功率因数较低（一般在 0.5 左右）。 灯的启动点火电流较大，一般是灯额定工作电流的 1.5 倍。 灯工作电流对电源供电电压的变化较敏感，故镇流效果不太稳定。 电感镇流器的体积和质量较大。（4） 电容、电感镇流电容、电感镇流电路工作原理如图 4 所示。在电容、电感镇流电路中，要求电容的容
12、抗要比电感的阻抗要大，这种镇流电路和电感镇流电路时的工作情况不同，这时灯的工作电压（电流）超前电源电压一定的相位，所以又被称为超前型镇流电路。电容、电感镇流电路有较好的稳定特性，但是重复点火能力较差。这是为何当灯的电流过零时，电源电压的峰值和灯电压的方向正好相反的原因。（5） 高频交流电子镇流器在以上 4 种镇流方法中，目前电感镇流式电子镇流器得到了广泛的应用。但是采用高频交流电子镇流器可以提高灯管的发光效率，没有电感镇流器特有的 50Hz 工频噪声，减小了镇流器的体积和质量。高频交流电子镇流器和普通电感镇流器在使用时可以互换，易于实现智能控制（如 DALI），在工厂、办公楼、家庭等应用场合，
13、高频交流电子镇流器有很大的市场。一个性能优良的高频交流电子镇流器电路的工作原理框图如图 5 所示。从电子镇流器的噪声角度而言，电子镇流器的工作频率应大于 20kHz，但是从降低镇流电感磁芯的高频损耗的角度而言，电子镇流器的工作频率又不能选得太高，一般不应大于 100kHz，并且这个工作频率的大小还和具体的灯管型号有关，同时还应考虑到电子镇流器在高频工作时产生的高频干扰信号对工作于红外工作频段的家用电器等的影响。例如对工作于 RC5 系统的红外遥控电路它工作于 36kHz，所以电子镇流器的工作频率不应工作在 18kHz 或 36kHz，现在3040kHz 这个频率范围已基本被红外遥控系统使用，所
14、以在设计电子镇流器时，不应选择这个工作频率范围。2、 电子镇流器的分类（1） 根据电子镇流器的供电方式分类按电子镇流器的供电方式划分，电子镇流器可以分为直流供电的电子镇流器和交流供电的电子镇流器两大类： 直流供电的电子镇流器。直流供电的电子镇流器常用于以下的应用场合。应急照明系统，例如交流供电骤然断电时，利用蓄电池供电的照明，工作原理框图分别如图 6(a)(e)所示。公共交通工具，例如汽车、轮船和飞机等应用场合。小型家电，例如手电筒等。一般直流供电电压为 12V、24V、72V 和 110V 或更高等应用场合。 交流供电的电子镇流器。交流供电的电子镇流器直接采用交流市电供电，和直流供电的电子镇
15、流器相比多了一个交流市电输入整流电路，并且电子镇流器的 DC/AC 变换电路的直流供电电压为 300V 左右，而电子镇流器的直流供电电压根据需要选择的范围较宽。（2） 根据电子镇流器的应用分类：根据电子镇流器的应用，可以分为以下几类： 单灯、双灯或 4 灯应用的电子镇流器。电子镇流器的双灯应用电路工作原理框如图 7 所示。 独立式电子镇流器或和灯结合为一体的电子镇流器（CFL）。 预热启动或冷启动工作方式的电子镇流器。 具有有源功率因数校正（补偿）功能的双级/单级变换电子镇流器。 采用无源功率因数校正（补偿）的电子镇流器。 电子镇流器按其是否可以调光又可分为可调光电子镇流器和非可调光电子镇流器
16、两大类。一些常见的电子镇流器和控制器产品如图 8图 13 所示。3、 电子镇流器的基本电路从工作原理而言，电子镇流器是一个电源变换电路，它将交流输入市电电源的波形、频率和幅度等参数进行变换，为灯负载提供供电电源，并且要求这个灯负载供电电源电路应能满足灯负载对灯丝预热、点火、正常工作和在灯负载电路有故障状态的保护功能要求。常用的电子镇流器直流/交流变换电路（DC/AC）如图 14 所示。4、 电子镇流器的工作原理与发展电子镇流器的典型技术指标有：功率因数、总谐波失真（THD）、波峰因数（CF）、灯管的灯丝预热（如灯丝预热时间、灯管预热电压）、灯管开路电压、灯管点火电压、灯管工作电压等参数。20 世纪 80 年代后期，
