LED研究与应用

1、题目系（院专业班级学生姓名学号指导教师职称毕业设计（论文）用LED制作照明系统的研究与应用物理与电子科学系电子信息科学与技术2008级1班刘玉书2008080113薛华讲师二O二年六月二十三日滨州学院本科毕业设计（论文） 独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名:二O二年六月二十三日毕业设计（论文）使用授权声明

2、本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:二O二年六月二十三日摘要本设计就是以LED为核心，落脚于其照明系统的研究及应用。通过本设计认识LED的原理，并对LED的发展有个了解认识，除此，对LED的优势也有大致的了解，还有其主要的特性和主要的参数等有个充分的了解认识。在LED基本的了

3、解下，研究和认识LED节能、封装和散热性能。通过分析国内外LED的发展和现状，认识到白光LED将是未来的趋势，所以了解高效率白光LED技术发展，掌握白光驱动电路技术，也是本文的重点。在对其原理、特性等了解认识的前提下，完成基本的简单的白光LED驱动电路设计，以及简单LED照明系统的制作。关键字：LED；主要特性；白光LED技术；驱动电路AbstractThisdesignistheLEDthecore,locateintheresearchandapplicationoflightingsystem.ThroughthedesignprincipleofknowLED,andLEDthedev

4、elopmentofaknowing,inadditiontothis,theadvantageofLEDalsohaveroughlyunderstanding,anditsmaincharacteristicsandthemainparametersofafullyunderstandtheunderstanding.IntheunderstandingofthebasicLED,thestudyandunderstandingLEDenergysaving,encapsulationandradiatingperformance.Throughtheanalysisofthedevelo

5、pmentandcurrentsituationofdomesticandforeignLED,knowtowhiteLEDwillbethetrendofthefuture,sogethighefficiencywhiteLEDtechnologydevelopment,graspthewhitelightdrivecircuittechnology,isalsothefocusofthispaper.Initsprinciple,characteristicsofknowing,underthepremiseofcompletebasicsimplewhiteLEDdrivecircuit

6、design,simpleandLEDlightingsystemproduction.Keywords：LED；keyproperty；WhiteLEDtechnologydrivercircuit目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 引言1 HYPERLINK l bookmark12 第一章绪论1 HYPERLINK l bookmark14 1.1传统照明技术1LED照明技术的简要概述2 HYPERLINK l bookmark16 第二章照明用LED主要特性3 HYPERLINK l bookmark18 LED的电、光学特性3 HYPERLI

7、NK l bookmark20 LED的节能程度5 HYPERLINK l bookmark22 LED的散热方式5 HYPERLINK l bookmark24 第三章照明用白光LED技术6 HYPERLINK l bookmark26 白光LED技术原理6 HYPERLINK l bookmark28 白光LED技术指标8 HYPERLINK l bookmark30 白光LED驱动电路技术8 HYPERLINK l bookmark32 第四章LED驱动电路12 HYPERLINK l bookmark34 LED的驱动器的要求12 HYPERLINK l bookmark36 LED驱

8、动电源设计12 HYPERLINK l bookmark38 第五章简单LED照明灯的制作及应用13 HYPERLINK l bookmark40 第六章LED照明存在的问题15参考文献15 HYPERLINK l bookmark44 结束语16滨州学院本科毕业设计（论文） 引言伴随着人类社会的不断发展，全球能源短缺已经成为我们全人类面临的问题，同时，环境保护问题也成为我们人类面临着的重要问题。在这种背景下，世界各国都在大力发展绿色节能照明。而，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。所以，用LED的制作照明系统的研究与应用具有重要的意义。本文就是通过对“用LED制作照明系统的

9、研究与应用”，了解LED照明的发展。通过对“用LED制作照明系统的研究与应用”，了解、认识和掌握LED的主要特性和主要参数等。通过对LED主要特性和参数的了解认识，进一步研究和认识LED节能、封装和散热性能，掌握白光驱动电路技术，了解高效率白光LED技术发展。并在整个过程中，对LED节能照明的应用存在的问题，有进一步的了解和认识。通过对“用LED制作照明系统的研究与应用”，从而，了解、认识和掌握白光LED技术，完成基本的简单的白光LED驱动电路的设计，以及简单LED照明系统的制作。从实践中，发现LED照明系统存在的问题。第一章绪论传统照明技术，跟随着人类的前进的脚步，不断的发展着，历经着一个又

10、一个的过程。随着其发展，LED照明步入了照明的舞台，这也就需要我们去了解和认识它。传统照明技术伴随着人类社会文明的不断地进步和发展，照明技术也在迅速地发展着。在最初，人类遵循着“日出而作，日落而息”的生活。慢慢地，人类，开始采用火光照明，从而拓展了夜生活。在后来，人类开始使用植物油产生光，这样，烛光和油灯开始传承人类文明。尽管，它们在人类的历史长河中点燃了漫漫岁月，可是，极低的发光效率和发光质量，只能让他们尘封在历史的博物馆中。1878年12月18日，斯旺试制成功了第一只白炽电泡。而1879年爱迪生发明的白炽灯，却成为人类进入现代文明的里程碑。它以碳棒作为灯丝，延长了白炽灯的寿命，这也是照明技

11、术的巨大改进。现代的钨丝白炽灯，在1908年，由美国发明家库利奇试制成功。发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料最可贵的特点是其熔点很高，即在高温下仍能保持固态。而后，日光灯的发明，和普遍使用，使白炽灯退出了，照明的历史舞台。日光灯是灯管里面装入一些特殊的气体，又在灯管的管壁上涂上荧光粉，通电之后由于放电而产生光。日光灯不含红外线，所以它的光是很温和的，不伤眼睛；因为不含有热线，所以，日光灯使用起来较省电；除此，它也会发出许多美丽有色的光。发明的日光灯，是传统照明技术发展的又一个大的进步，后来紧凑型日光灯的开发使其应用更为普遍，同时高压气体放电灯如水银灯、金属卤素灯及钠灯等的发明可在室外实现照明

12、，满足了各方面的需要。目前用于照明的能源占了很大的比例，如果能在固体照明领域节省能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。在我国，1921年，胡西园试制成国产的第一只长丝白炽灯，并于1923年成立亚浦耳灯泡厂。在1950年，胡西园主持生产出新中国第一批日光灯。胡西园，中国的电光源之父、中国的爱迪生、中国的灯泡大王。他为我国照明技术的发展，发挥了重要作用。而后，我国照明技术的发展，紧跟着国际照明发展的脚步，向、八、一rr前迈进。1.2LED照明技术的简要概述对于LED照明技术来说，我们需要对LED有一个基本的了解认识。首先，我们需要对LED的构成和原理有一个大致的了解。其次，就是对其的发展的过程

13、，有个大概的了解。最后，就是对其优势和光源特点的了解。LED是LightEmittingDiode的缩写，属于一种固态的半导体元器件。它能直接把电能转化为光能。LED的主体是由p型半导体（在它里面空穴占主导地位）和n型半导体（主要是电子）组成的晶片，其中，p型半导体与n型半导体之间的过渡层，称为p-n结（中间通常是1至5个周期的量子阱）。在某些PN结中，电子跳到空穴的时候，由于电子的能量多于空穴的容积，多出的那部分能量就以光的形式释放出来，把电能直接转换为光能。在PN结加反向电压时，少数载流子难得以注入，所以，不发光。此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。当今的照明光源

14、已经逐步由白炽灯发展到了日光灯，而随之而来，照明的发展方向，将是白光LED。20世纪初，HenryJosephRound第一次在碳化硅里观察到电致光现象。20世纪60年代初，应用半导体PN结发光源原理制成的LED问世。20世纪60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物出现了红色发光二极管。20世纪70年代中期，出现了灰白绿光，之后出现黄色LED（双层磷化镓芯片）。到20世纪80年代的早期和中期，第一代的高亮度的LED诞生。接着到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。白色LED于1996年得以成功开发。伴随着人们对半导体发光材料不断地深入研究，LED制造工艺不断地提升和进步，各种超高亮度LED取得了突

15、破性发展，在发光效率方面，它取得了飞跃性的提高，并且，在色度方面，也已经能够实现可见光波段的所有颜色。其中，超高亮度白光LED的出现，也使LED应用领域进入高效率照明光源市场成为可能。LED照明的变革，正扩展着人们的照明观念，体现着节能化、健康化、艺术化和人性化的发展趋势。LED的优势主要体现在一下几个方面。第一，发光效率高，LED经过不断的技术改良，它的发光效率，有了大幅的提升。第二，耗电低，LED作为一种低压工作器件，在同等的亮度下，其耗电量是最低的，可大幅度的降低能量消耗。第三，使用寿命长，LED是一种导体固体发光器件。其采用固体冷光源和环氧树脂封装，所以，可承受高强度机械冲击和震动，不

16、易破碎。第四，在环保方面，LED作为一种绿色光源，光谱中无紫外线、红外线，热量低、无频闪，无辐射，并且，可废弃物回收，无污染，不含汞、钠元素，冷光源，可安全触摸。对于LED光源来说，其主要的特点就是照明用LED光源的VF电压较低。以低电压和大电流驱动的功率LED光源，它的发光强度是决定于流过LED的电流的情况，电流过强或过弱都会致使LED发光强度的变化。所以，它的驱动需要的是恒流电源，进而，保障了大功率LED在使用中的安全性，最终的发光的强度取得的效果就会较为理想了。在LED的照明领域中，假如要让节能性能和长寿命的优势，得到比较好的体现，就需要选择较好的LED的驱动集成电路，这也是问题的关键所

17、在。假如没有恰当的驱动集成电路匹配，那么LED照明的优势也将无法体现。第二章照明用LED主要特性本章就照明用LED的主要特性，进行简要的介绍，进而，对其有一个了解认识。其中，主要包括LED的电、光学特性，节能程度和散热方式。LED的电、光学特性LED作为一种使用化合物材料制成的PN结的光电器件，自身具有PN结结型器件的电学特性、光学特性。在LED的电学特性方面，I-V特性、C-V特性、最大允许功耗P以及响应时间都是其主要的参数。LED的伏安特性具有非线性和整流性质（单向导电性）。整流性质，是外加正偏压表现为低接触电阻（低电阻），反正成为高电阻。在伏安特性曲线方面来说，第一，正向死区主要要考虑到

18、开启电压；第二正向工作区，工作电流IF与外加电压呈指数关系；第三，反向死区和反向击穿区。以上，这些都反应了LED的相关的电学特性，阐释了在照明的LED的电路中的电压电流的要求。对于电容电压特性来说，其PN结的面积是存在不同的，其结电容Cn+pf左右，且C-V特性是呈现二次的函数的关系。对于其允许的功耗来说，若流过LED的电流的量为If,且其的压降为Vf时，则LED的功率的消耗是P=VfxIf。在LED进行工作时，如果外加偏压、偏流一定，那么会促使PN结内的一部分载流子复合发光，一部分变为热能，使节温升高。若节温为Tj,外部环境温度为Ta，那么，在TTa时，LED内部的热量会向外释放，散发的热量

19、表示为P=Kt匚二）。在响应时间方面，其表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。响应时间，在使用角度上，即LED点亮与熄灭所延迟的时间。响应时间主要由载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗来决定。并且，我们应认识到不同材料制得的LED,响应时间是不同的。在LED的光学特性方面，发光二极管有非可见光与可见光两个系列，前者可用“辐射度”来量度其光学特性，后者可用“光度学”来量度。我们主要从以下几个方面，对其有个初步和大概的了解和认识。第一，在发光法向光强及其角分布10方面。法向光强作为表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求采用圆柱与圆球封装，因为凸透镜本身的作用，所以，它有比较强的指向性。其

20、中，在法向方向的发光强度是最大的，它和水平方向的交角为90。当偏离的正方向的法线的角度不同的时候，光强也会不同。并且，发光的强度，也会因为封装形状的不同而不同。第二，在发光峰值波长及其光谱分布方面。LED的发光强度或光功率输出随波长的变化而不同。LED的光谱分布和制备使用的化合物半导体种类、性质以及PN结结构等有关，却与器件的几何形状、封装方式无关。第三，在光通量方面。光通量F是LED总光输出的辐射能量的表征，其标志着器件性能的优劣。F是LED向各个方向发光的能量的和，工作电流和其直接相关。随着电流增加，LED的光通量也增大。第四，在发光效率和视觉灵敏度方面。LED的流明效率（可见光发光效率）

21、是评价具有外封装LED特性。LED的效率有内部效率（评价分析芯片优劣的特性）和外部效率。发光效率）LED光电最重要的特性是发光效率（发光量与输出电能之比）。第五，在发光亮度方面。亮度是LED发光性能的重要参数，具有方向性。在某方向上发光体表面的亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2或Nit（尼特）。第六，在寿命方面。LED发光亮度，随着长时间工作，出现光强或光亮度的衰减。器件老化程度与外加恒流源的大小有关。LED的节能程度到现在为止，LED作为照明灯具已经得到了飞跃性的发展，LED作为革命性的第三代照明光源，其作为新的绿色光源已得到了社会广泛认可，其光效

22、好、响应快、稳定性好、应用便捷、成本低等优势。伴随着LED光源技术的不断成熟，LED在许多的照明领域已经得到了应用。并且，LED照明灯具的高节能、长寿命、绿色环保等优越性已经获得了普遍的公认。在高节能方面，LED是直流驱动而且，超低功耗电光功率转换是非常的高。在相同的照明效果条件下，其光源节能率能达到80%左右。所以，全球在大力提倡节约能源和减少气体排放的大环境条件下，支持LED照明产品，也已经成为大的方向。LED的散热方式散热问题是LED发展的关键，也是制作LED灯中需要重点解决的方面。LED作为固体冷光源，虽然，不会如同白炽灯一样会有高温问题，可是，其自身的耐温能力还是较弱的，因此，应该把

23、LED工作时的热量散发到空气中去，以保障LED芯片处于安全的环境，只有如此，其才能够切实的体现长寿命的优点。就LED的自身来说，它是高温条件下生产出来的，具有耐温能力。但是，在它的外壳与管芯间，却存在着热电阻，此热电阻导致LED，在工作状态的情况下，外壳与管芯间有温差。LED，在早期，功率不高，发热量有限，热量问题并不大，所以封装方式相比较简单。但伴随着LED的不断发展，热量问题也越来越凸显，这样其封装技术也开始不断的改善。以通过封装技术的改善，来达到LED的节能。因此，我们应充分认识和了解，LED的散热方式。LED的主要散热方式是采用物理方式。而在物理散热方面，就是两种方式。其一，就是辐射；

24、其二，就是传导和对流，对流作为空气的流动，足以进行散热了。散热器与环境进行的热量交换，也是LED的散热形式。在LED工作时，热量传递到散热器，其就需要尽快地把热量散发到周边的环境中。在LED的散热方面，在考虑其封装的情况下，首先，我们需要认识到电路基板扮演的角色，明确，电路基板承载着LED模块结构，并且起到将LED产生的热量散发的责任。所以在LED的散热方面，我们需要，在材料选择方面，兼顾结构的前提下，进而，采用恰当的散热方式，满足LED照明系统的散热要求。在传统的LED功率不大，对散热要求，不是很严格的时期，我们只需要运用一般的电子使用的铜箔印刷电路板，就可以满足需求了。可是，伴随着高功率L

25、ED的盛行，采用传统的散热方式，已经远远不能满足人们对于散热需求。所以，我们需要一种新的散热方式，来取代传统的单一的使用铜箔印刷电路板的散热方式。所以，人们开始采用，将印刷电路板附在一金属板上，一改善LED的传热途径。另外，一种方法，就是采用以铝板的基板表面为电路层，这样，LED模块就能够直接将导线接合在其上。当然了，除了，金属板的基板以外，为了高功率LED封装基板本身，除了应该考虑散热性以外，也应该考虑其材料的选用方面，以及芯片的热膨胀系数和匹配问题。除了以上的方式，聚焦无风散热，也是LED散热的一种方式。我们应该认识到，LED的散热组件和CPU的散热是具有相似性的，他们都是由散热片、热管、

26、风扇和热界面材料组成的气冷模块。随着发光管生产技术的进步，大功率发光管内部的热阻越来越低，再充分认识电功率和管芯与管壳温差，以及考虑目前发光管管芯材料的耐温水平，在综合考虑，并在长期的实际的使用中。我们认识到：在半导体灯工作时，没有必要的将温度降得很低，却要减小发光管外壳与灯体外壳间的热电阻，在此种情况下，我们就能以较小的体积、成本来生产稳定工作的半导体灯。第三章照明用白光LED技术因为白光LED已经成为LED发展的必然，所以，本章主要就照明用白光LED技术的相关原理、技术指标以及驱动电源技术进行介绍。3.1白光LED技术原理LED作为“发光二极管”的简称，是由电致光的半导体的发光的器件。传统

27、的LED多是发出绿光光或是红光的，充当指示信号灯的作用。可是，伴随光电技术的发展，以及全球能源问题的环境下，白光LED随之而来，并且白光LED的发光效率也不断的提高着。白色光是一种复合光，即就是由多种颜色混合而成的，一般是由二波长光或者三波长的光复合而来。对于白光LED来说，首先，我们需要认识到，发光二极管LED是半导体的PN结加正向电压，使电子与空穴复合。在复合时，释放的能量以光子的形式出现。根据半导体物理公式：入=1.24/Eg，其中入为波长，Eg为半导体材料导带与价带之间的禁带宽度。所以，很显然不同材料半导体的Eg不同，波长入不同,发光颜色就会不一样。很明显，一般的LED多为单颜色光。目

28、前，白光LED的两种主要的发光形式：第一，采用日亚化学，用460纳米波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，并使用蓝光LED照射此荧光物质；第二，就是以ZnSe为材料的白光LED。对于白光LED的特性来说，首先，白光LED没有一个特定的波长，因此采用色坐标定义白光LED。于白光LED，其色坐标是随着正向电流的增大，随之发生变化的，从而，来使白光质量得到改变。所以，白光LED的工作电压的变化就会使发光色彩发生改变（电压的变化使工作电流发生了变化）。就不同的白光LED来说，电压、电流特性也出现了差异。表1白光LED的种类及发光原理心片数激光源发光材料发光原理1蓝光LEDInGaN、YAGI

29、nGaN的蓝光和YAG的黄光的混合紫外LEDInGaN、荧光粉InGaN的紫外光来激发红、绿、蓝的基色的实现荧光粉发光2蓝光LED、黄绿LEDInGaN、GaP把有补色的关系的两种芯片在一起封装3蓝、绿、红光LEDInGaN、AlInGaP把能发出三原色的三种小片在一起封装4多种光色LEDInGa、NGaP、AlInGaP将遍布在可见光区的多种光芯片在一起封装3.2白光LED技术指标对于白光LED自身来说，根据它的发光原理和LED的内部结构，其自身具有相应的技术指标的。对于白光LED的技术指标来说，它主要是以下的几个方面，当然了这些是有不同于传统的LED产品的。第一，在光通量方面。光通量是单位

30、时间光源发出的光能总和。光通量越大，光源发出的光也是越多的。对于照明的白光LED，我们希望其光通量达到lKlm。第二，在发光效率方面。发光效率，是消耗单位功率条件下输出的光通量。现在的产品已经从15lm/W提高到了25lm/W,研究水平是32lm/W，最高已达了44.3lm/W。第三，在色温方面。色温是表示光源光色的尺度。一般色温能将光源分为三种如表2。表23300k温暖（带红的白色）暖白光3000k-5000k中间（白色）正白光5000k清凉型（带蓝的白色）冷白光第四，在稳定性方面，用于照明的白光LED的波长和光通量均要求保持稳定，可是它的稳定性程度需要按照场合的要求确定。第五，在光的分配方

31、面，她必须要均匀，且能够得到有效控制，改变强度而不影响其寿命。第六，在品质因数方面。用品质因数FOM值可以比较不同实际价值。3.3白光LED驱动电路技术白光LED最为第四代电光源，已经成为照明领域的主流，所以，它的驱动电路技术也是关键之所在。驱动器能够驱动的正向电压的压降为3.0-4.3V的白光LED，并且能够依据需要来驱动串、并联或串并联的多个白光LED,以达到驱动电流的需求标准。针对于白光LED驱动电路技术，我们首先从驱动电路方向进行了解和认识。因此，我们需要了解白光LED的驱动器分类、常见的LED驱动电路。在此基础之上，认识白光LED的封装技术，并对白光LED的封装和散热问题进行了解认识

32、。最终对于白光LED的散热问题的解决方法有个初步的大体的认识。分别采取了LED的串联方式和并联方式。对于LED的串联方式来说，其是由电源提供了恒定的电流驱动。串联方式保证了回路中通过LED的电流是一致的。但是如果串联数量较多的LED也会给电路带来风险。之于LED的并联方式来说，上图是采用了先串联后并联的方式，进而由电源来驱动电路。在驱动同等数量的LED的情况下，并联方式是并不需要电源输出很高的电压。一般，依据供电电压来看，白光LED驱动器的分为三类。第一，电压一般是低于5V的电池供电，其驱动的是小功率或中功率的白光LED。其主要采用的是升压式DC/DC变换器，或者就是升降压式电荷泵变换器，少数

33、的是采用的LDO电路驱动器。第二，采用稳压电源或蓄电池提供大于5V的电压供电。其主要用在降压式或升降压式DC/DC变换器。第三，对直接采用由市电110V或220V的电压供电的情况，其多用于驱动大功率的白光LED，是采用升压式DC/DC变换器驱动电路。对于几种常见的白光LED驱动电路，他们的特点是：白光LED的正向电压是非常高的，且正向电压本身是有一定的波动范围限制的，在全开工作的情形之下，这会让白光LED的耗电量变大，这也说明了电源电压的变化会影响到白光LED的亮度。为了能够使得白光LED可以稳定的工作，并且不会受电源电压波动的影响，所以，应当使用专门驱动白光LED设计的DC/DC变换器。现在

34、，白光LED正快速取代着传统的灯泡，成为背光照明单元主要发光组件。所以，我们需要了解认识白光LED背光照明单元的驱动原理与驱动电路的设计技巧。传统的背光照明单元的白光LED是采用并联驱动的。因为白光LED的电压的自身有不同的波动范围限制，所以，在相同的电阻下，会让白光LED的亮度产生分布不均匀的现象。因为电压波动引发白光LED亮度各不相同的时候，背光照明单元的光线产生照明不均的问题。尽管在电器特性相同情况下，能够改善亮度不均问题，但是，在实际情况下，电器特性相同的白光LED是无法获得的。为了能够让白光LED的通过电流一样，就可采用串联方式。在多个白光LED串联时，应当等比例提高电压。对于照明用

35、白光LED的封装和散热问题，它们的发展完善，伴随着白光LED技术的不断改善和提高。因此，对于白光LED的封装和散热问题的，是我们对于白光LED技术是非常之重要的。对于热量耗散来说，其是功率型LED应用的前提。对于LED封装技术来说，它多是建立于“分立器件封装技术”上发展演变来的，但是，却具有很大的特殊性。在一般情况之下，分立器件的管芯是在封装体内密封着的，而封装的主要作用就是保护好管芯与完成电气的互连作用。可是，LED的封装，却需要完成输出电信号，还应当起到保护管芯正常工作，输出可见光的作用。其，不仅具有“电参数”，还有“光参数”的设计的技术的要求，是不能简简单单地把分立器件的封装用在LED之

36、上的。在白光LED的封装技术方面，首先，对于LED自身来说，PN结管芯是其核心发光部分。在注入PN结的少数载流子和多数载流子复合的时候，其就可以发出可见光。但是，在PN结区来说，其发出的光子是非定向的，所以，管芯产生的所有光不可能都释放出来，而这些主要是由半导体的材料的质量、管芯的结构及几何形状、封装的内部的结构与包封的材料来决定的。常规的5mm型的LED封装是把边长为0.25mm正方形的管芯粘结或烧结于引线架，而管芯的正极需要通过球形的接触点和金丝，组成为内部引线，再与一条管脚相连。而它的负极则需要通过反射杯与引线架的另一管脚相连，后它的顶部使用环氧树脂来包封。其中，反射杯的主要作用就是收集

37、管芯的侧面和界面发出的光，向期望的方向角内发射。而对于把顶部包封环氧树脂做成一定形状来说，其具有的作用：第一，保护管芯等不受外界的侵蚀；第二，采用不同的形状和材料性质，起透镜或漫射透镜功能，以来控制光的发散角；第三，就是将管芯的光出射效率提高。选择不同的折射率的封装材料和封装的几何形状对于光子逸出效率产生的影响将会是不同的。对于发光强度的角分布来说，其也和管芯的结构、光的输出方式、封装透镜所使用的材质以及形状有关系的。在几何形状这方面，如果树脂透镜采用尖形的，它就可以使释放的光集中在LED的轴线方向，而其，相应视角是较小；假如顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。随着大功率白光LED

38、封装技术的发展，通过采用大芯片进行封装，将工作电流增大，提高其功率，这样的封装也会使辐射视角较宽，这样白光LED的光效率也会很高。在其中，达到白光LED结点与插脚间的热阻减小的目的，通过把封装外壳做成扁平状和缩短节点与插脚间的距离，以来缩短传输的距离。与此同时，因为引线的支架的直径更大，引脚增大，并且采用热传导性能比较好的来材料制作，从而，使热量更快的散发。对于取光效率来说，散热问题及解决散热技术是影响其的重要要素。对于发光二极管的组成结构PN结来说，在正向电流流过PN结时，PN结就会有发热损耗，这些热量会经由粘结胶、灌封材料、热沉等，辐射到空气，而在整个过程中，每一部分材料都会有阻止热流的热

39、阻抗。热阻抗是由器件的尺寸、结构及材料所决定的固定值。因为PN结的结温的上升导致PN结的发光的复合的几率降低，进而致使LED亮度也下降。同时，因为热量的损耗会导致的温升的增高，所以，发光二极管亮度会呈现出热饱和现象。除此，在其他方面，PN结的结温的上升，造成发光的峰值波长，会在长波的方向上产生漂移。对于LED的PN结来说，因为驱动电流一般都在几百毫安左右，所以，其电流的密度是很大的，故而，LED的PN结的温升是很显然的。在某种程度上，这也说明了封装和应用技术的发展改善，第一，有利于降低产品的热阻；第二，可以尽快的将PN结产生的热量得到散发；第三，可提高产品的饱和电流、发光效率、可靠性及寿命。本

40、小节，我们就是要对白光LED驱动电路技术的认识，我们主要是从常见的几种白光驱动电路、白光LED的封装以及白光LED的散热问题几个方面。在下面的一章中，我们将对LED驱动电路有一个整体的了解认识。第四章LED驱动电路对于LED的驱动电路来说，我们需要从整体到部分的了解认识。所以，第一，在整体上，我们需要了解认识LED的驱动器的要求，进而了解认识其各部分的参数和要求；第二，我们对于LED驱动电路的重要部分，进行重点的深入的研究学习。4.1LED驱动器的要求LED驱动器的基本要求决定于LED排列方式和LED光源规范。无论输入和输出电压怎样变化，其主要的功能就是在一定的工作条件下以限制流过LED的电流

41、。在LED照明的设计中，AC-DC电源转换与恒流驱动两部分可以采用分布式和整体式两种配置。根据LED驱动器的不同的要求，我们可以采用恒定电压、恒定电流或是恒流恒压输出工作。对于LED驱动器来说，因为驱动LED本身是存在着许多的挑战，例如正向电压会随着温度、电流的变化而变化；LED色点会随着两者的变化而漂移；多颗LED的排列方式问题。对于LED的排列方式，无论我们选择哪一种，我们都需要采用极佳的相互匹配的LED的正向电压。对于白光LED来说，其驱动器的主要要求：第一，其具有升降压的功能，来满足电池供电的要求；第二，具有高的功率转换效率；第三，多个白光LED串联，需要白光LED的电流相匹配，亮度均

42、匀；第三，其功耗低，静态电流小及具有关闭控制功能；第四，其最大电流可设定，可以调节光的亮度；第五，具有完善的保护电路；第六，采用小尺寸封装，并需要外围的组件少且小，所占的印制板要面积小；第七，对其它电路，干扰影响小等要求。对于原始电源来说，其形式是多样的，可是不管我们采用哪种电源，一般都不能直接用于向LED供电。这也就需要解决电源交换的问题。在这方面，一般采用以下四种驱动。4.2LED驱动电源设计对于LED驱动电源来说，其驱动方式主要有下表中的几种方式。表3驱动方式适用市电压驱动220V、50HZ的的交流市电经过电源变换装置给LED供电中小型功率的LED高电压驱动给LED供电的电压值始终高于L

43、ED的管压降，如5V,12V,24V的电源太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、机动车的灯光系统过渡电压驱动给LED供电的电源电压值在LED管压降附近变动，这个电压值有时候略咼于LED管压降，有时略低于LED管压降矿井灯低电压驱动低于LED正向导通压降的电压驱动LED,正常供电压为0.8至1.65VLED手电筒、LED应急灯第一，低电压驱动。低电压驱动LED就是要把电压提升到足以使LED导通的电压值。对于LED这样低功率照明器件，这是一种常见的使用情况。由于受单节电池容量的限制，一般不需要很大功率，但要求有最低的成本和比较高的交换效率。第二，过渡电压驱动。过渡电压驱动LED电源变化电路既要解决升压问题又

44、要解决降压问题，为了配合一节锂电池工作，也需要尽可能小的体积和尽可能低的成本，一般情况下功率不大，其最高性价比的电路是反极性电荷汞式变换器。第三，高电压驱动。因为高电压的驱动一般是使用普通的蓄电池来供电的，故而，有可能会使用得到相对较大的功率，又因为，最好的电路的结构是采用的串联的开关降压电路，所以，降压的问题是高电压驱动的LED需要解决的，第四，市电压驱动。对LED的照明来说，其是作为一种最具有价值的供电的方式。它也是半导体的照明普及，需要解决掉的问题。无论何种电源驱动技术，归根到底对于LED照明而言只有恒压和横流的区别。采用恒压设计会危害LED的未来。LED是需要横流方式驱动工作的，但是目

45、前由于横流方式限制达不到实际要求，而较多的使用恒压方式设计。恒压方式只是暂时的过渡，很快就会被横流取代。第五章简单LED照明灯的制作及应用本小节的内容，针对于简单的LED照明灯的制作和应用。以下，是简单LED照明灯的制作步骤和LED的广泛应用的展开。对于简单的LED照明灯的制作，首先采用下面的电路图，并对电路图进行了分析。此图作为LED灯杯的实用电路图,它需要220V的电源用来供电，所以是采用市电压驱动电源来进行供电的方式。其中，220V交流电经过电容（C1）来降压，接着，经过全桥整流，再通过电容C2滤波后，经过电阻R3,提供给串联的38颗LED恒流电源。图中的电阻R1是保护电阻，电阻R2是电

46、容C1的卸放电阻，电阻R3是限流电阻用于防止电压的升高和温度的升高以及电的流增大，电容C2是滤波电容，在实际的LED电路中是能够不采用滤波电路的,电容C2是用于防止开启灯的时候产生的冲击电流导致LED的损害，因为在开启灯的瞬间，电容C1的存在，会产生一个很大的充电电流，其流过LED时会对LED造成损伤。因为电容C2的介入,开启灯的充电电流会完全被电容C2来吸收，从而，对开灯进行了防冲击保护。这个电路作为小功率的灯杯来说，是最实用的电路。其占用的体积小，并且能够方便的安装于较小的空间中。其主要的优点有一下几点：（1）恒流源；（2电源功耗小；（3）体积小；（4）经济实用。可是在设计时，降压电容需要

47、使用耐压在400V以上的涤纶电容或CBB电容，滤波电容需要采用耐压在250v以上的电容.所以，该电路适合于驱动20-40只20mA的LED.在对电路图分析完毕以后，就需要材料的准备工作了。我们使用的材料有：白光的二极管、导线、电阻、电容、灯口、灯塑料外壳、圆形电路板和方形电路板。其中，我们还需要的工具有：电烙铁、偏口钳。在材料准备好了以后，我们的前期准备工作就算是完成了。接着我们就需要进行的是材料组装。先组装方形电路板，参考电路图，按照电路板上电阻和电容的位置把他们插到正确的位置，接着使用电烙铁将各个元件进行焊接，并使用偏口钳剪掉那些多余的引脚。如下图上面的两根线接向灯口，而下面的两根线接到圆

48、形电路板。在电路板焊接完以后，最后，我们就需要进行调试和检查了。我们主要检查的是：第一，二极管的正负有没有反接。第二，检查二极管、电容、电阻有没有虚焊。第三，进行组装和插电调试。对于LED来说，按它的发光颜色可以划分为红、橙、蓝、绿光等。而依据其出光出是否掺杂散射剂、是否有色，各种颜色的LED又可以分为有色透明、无色透明、有色散射以及无色散射。由其发光管的出光面特征可以将其分为方灯、圆灯、面发光管、侧向管等。而按照LED的结构可以把它分成全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构的LED。除此以外，根据LED的发光强度和工作电流可以将其分为高亮度LED和普通亮度的LED。无

49、论按照哪一种方式，对LED进行分类，我们都需要针对于LED自身的优势，应用到我们的生活中。现在，LED的主要应用在包括以下几个方面。第一，LED灯作为显示屏和交通讯号显示光源，被广泛的使用在各种室内、户外显示屏,其可以分为单色显示屏、三色显示屏以及全色显示屏。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED。第二，因为LED的响应速度很快，能够及时的提醒司机刹车，从而减少交通事故。在西方的发达国家,采用LED来制造的中央的后置高位的刹车灯，已经成为汽车的标准件。并且，美国HP公司，于1996年，推出的LED的汽车的尾灯的模组能够随意的来组合成各式的汽车的尾灯。除此以外，因为汽车仪表板和其他部分的各种

50、的照明部分的光源，也都能够采用超高亮度发光灯来取代，所以，在汽车工业中，汽车用的各种照明用灯，在使用LED。第三，LED背光源，其中尤以高效侧发光的背光源最为突出，如LED作为LCD背光源应用。其也早已经被广泛的应用于各种电子产品中。并且，伴随着便携式的电子产品的小型化，LED本身作为背光源，其更加拥有优势。现在背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。第四，在LED照明光源的早期，其产品的发光效率是比较低的，光强一般也仅仅能够达到几个至几十个med，主要适用于室内的场合，例如在家电、通讯设备、微机和玩具等方面的应用。而，现在，LED光源已经开始替代白炽灯和荧光灯，使我们在照明方面，不断的发展进步着。