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白光LED被普遍用作便携式设备LCD的背光光源，原因是它们的复杂程度低、成本低且尺寸小于CCFL背光光源。PDA、移动电话和数码相机等便携式设备已逐步过渡到彩色LCD显示屏，因此，越来越多的产品需要背光光源。白光LED已成为一种通用的照明光源。单色显示器可以使用电致发光背光灯或彩色LED作为背光光源，而彩色显示器则需要白光灯源，以正确显示色彩。目前提供白光灯源的方法主要有两种：白光LED和CCFL。CCFL在笔记本电脑中已经应用了很多年，但是考虑到光源尺寸、复杂性及成本优势，白光LED成为小型手持设备的首选光源。
白光LED只需较低的直流电压（3~4V），因此，可以采用简单的基于电感或电容的电路供电。相反，CCFL则需要很高的交流电压（有效值为200~500V），成本高、体积小，需采用基于变压器的电路。红光和绿光LED的正向压降为1.8~2,4V（典型值），一些常用电池即可提供足够高的电压，直接驱动这些LED。然而，白光LED的正向压降为3~4V（典型值），通常需要一个独立电源供电。光强与流过白光LED的电流有关，电流越大光强越高，满亮度输出时电流大约为20mA。数码相机和移动电话一般需要2~3只白光LED作为背光光源，PDA一般需要3~6只白光LED作为背光光源。可以通过并联或串联方式驱动白光LED。并联方式的缺点是白光LED的电流及亮度不能自动匹配。串联方向可保持固有的匹配特性，但需要更高的供电电压。
无论是并联方式还是串联方式，大多数手持设备的电池电压都不足以驱动白光LED，所以需要升压式变换器。电荷泵式变换器利用小电容实现电压转换，尺寸最小，成本最低。但是，电荷泵式变换器只能产生输入电压倍数的电压（如1.5×模式、2×模式）。因此，串联白光LED通常需要基于电感的变换器。利用基于电感的变换器，可实现更高的升压比，而且能够在较宽的输入至输出电压范围内保持高效。
在绝大多数应用中，单只白光LED是不够的，需要同时驱动几只白光LED。因此，必须采用具有亮度控制电路的驱动器，以确保它们的强度和色彩一致，即使是在电池放电或其他条件变化时，也能保证各白光LED的发光亮度一致。
图1给出了一组随机挑选的白光LED的电流—电压曲线。在这些LED上加载3.3V电压（上端虚线所示）时会产生2~5mA的正向电流，导致发出不同亮度的白光。该区域中纵坐标变化很剧烈，会导致显示色彩的不真实。同样，白光LED也具有不同的光强，这会产生不均匀的亮度。另外一个问题是所需的最小供电电压，白光LED要求用高于3V的电压驱动，若低于该电压，几只白光LED可能会完全变暗。
图1显示了不同白光LED的电流—电压特性之间有相当大的差异，甚至是从同一产品批次中随机挑选的几只白光LED也是如此。因此，用恒定的3.3V电压驱动这样几只并联的白光LED会导致不同亮度的白光（上端虚线所示）。
1、 驱动并联白光LED
锂离子电池在完全充满电时可以提供4.2V的输出电压，但在很短的一段工作时间内就会下降到标称的3.5V。由于电池放电，其输出电压会进一步下降到3.0V。如果白光LED直接由电池驱动，则会产生如下问题。
首先，当电池充满电时，所有的二极管都被点亮，但会具有不同的光强和色彩。当电池电压下降至其标称电压时，光强减弱，并且白光间的差异变得更大。因此，设计中必须考虑电池电压和二极管正向电压的数值，而且需要计算串联电阻的阻值。随着电池彻底放电，部分白光LED将会完全熄灭。图2所示是驱动并联白光LED的三种电路，其采用的驱动并联白光LED的方法是：
① 利用现有电源独立调节流过每只白光LED的电流。 ② 只调节电源电压，依靠白光LED的一致性和串联电阻使电流匹配。 ③
调节流过其中一只白光LED的电流，依靠白光LED的一致性和串联电阻使其余的白光LED电流匹配。 （1） 独立调节流过每只白光LED的电流
若有一个足够高的电压来驱动白光LED正向导通，那么，只需设计电流控制电路，即可提供足够的电流驱动满亮度下的所有白光LED。
图3所示电路是利用MAX1916以恒定电流驱动三只白光LED的电路，是白光LED亮度匹配的低成本解决方案。假设电流设置在所要求的白光LED最大亮度电流与最大额定电流之间，为了保持显示器亮度一致，电流匹配必须有较好的匹配度。典型的电流匹配度为0.3%，设定电流精度为±10%。每路输出的压差小于410mV，以保持20mA电流。这样，只需4.2V电压即可驱动3.8V的LED。白光LED的引脚电流设为流入SET引脚电流的230倍。为给SET引脚提供偏置电流，把电阻RSET连接到SET引脚，利用大于1.215V的电压为SET引脚提供偏置电压。MAX1916采用SOT-23封装，提供0.3%的电流匹配度。图4所示电路有多种动态调节白光LED亮度的方法。
方法一：用D/A变换器驱动RSET，如图4（a）所示。白光LED电流是D/A变换器输出电压减去SET引脚偏置电压的函数。D/A变换器可以选用SOT-23封装的低成本集成电路MAX5360~MAX5365。
方法二：利用控制器的I/O引脚控制多个电阻，可组成一个简易的亮度调节器，如图4（b）所示。将控制引脚在高态（ON）和低态（OFF）之间切换，以得到所要求的SET引脚电流。
方法三：利用逻辑电平PWM信号驱动EN引脚，如图4（c）所示。许多处理器的端口都能提供占空比为0~100%的低频PWM信号。MAX1916的EN引脚的响应时间允许PWM运行在高达2kHz左右的频率下。
低成本的MAX1574/MAX1575/MAX1576
电荷泵控制器结合了升压电源和电流调节功能，这些器件具有较高的输出电流、很好的电流匹配度以及较高的工作效率，并可提供自适应模式切换和过压保护，可驱动8只白光LED。
自适应切换电路对输入电压进行检测，并确定效率最高的升压比（例如，1×模式、1.5×模式或2×模式）。利用一串脉冲码，通过Dual
ModeTM使能引脚，可以调节亮度（相当于设置电流的百分比）。
图5所示的MAX1574电荷泵驱动电路能够以高达180mA的电流驱动三只白光LED。1MHz的开关频率允许电荷泵使用小尺寸陶瓷电容。图6所示的MAX1576电荷泵电路能够以高达480mA的总电流驱动两组（每组四只白光LED）白光LED。对于闪烁状态的白光LED组，允许每只白光LED的电流达到100mA。每组白光LED具有独立的电流设置、脉冲亮度调节和2线亮度控制功能。利用自适应开关，在单节锂离子电池的整个放电过程中平均效率可以达到83%。对于使白光LED闪光灯的数码照明机，MAX1576是理想选择。
MAX1575是该系列产品的另一款芯片，能够以高达120mA的总输出电流驱动两组白光LED（四只主屏白光LED和两只子屏白光LED）。（2）
采用稳压输出电源驱动电路
采用稳压输出电源驱动电路与独立调节流过每只白光LED的电流方法相似，使用稳压输出电源的方法非常经济，但电流精度不如独立调节流过每只白光LED的电流的方法。由于使用稳压输出电源的方法不能实现稳流，所以流过每只白光LED的绝对电流必须保持在所要求的最大亮度电流与白光LED的最大额定电流之间。电流匹配度必须足够好，以便保持亮度均匀。采用稳压输出电源驱动时，流过白光LED的电流可由稳压电源的输出电压（VOUT）减去白光LED的正向电压（VD）后除以R确定：
I=（VOUT-VD）/R （1）
图7所示为典型手持设备中两只白光LED的I-V特性曲线。在相同电流下，白光LED的电压并不相等。图8所示为白光LED的电压差与电流的函数关系。
针对白光LED正向电压的匹配度对电流匹配度的影响，可利用式（2）计算白光LED电流的比值。I1与I2的比值为
I1/I2=R2（VOUT-VD1）/[R1（VOUT-VD2] （2）假设R1=R2，式（2）可简化为 I1/I2=（VOUT-VD1）/（VOUT-VD2）
（3）
当VOUT非常高时，式（3）趋于1。因较高的输出电压VOUT有助于得到较好的电流匹配度，电阻R必须与VOUT-VD成比例增大，以便保持恒定电流。较高的VOUT带来电阻R消耗的功率增大。为此，在电路设计时需要折中选择电路效率和电流匹配度。
例如，以5V电源驱动3.60V的白光LED，R上的电压为1.40V。若换成3.42V的白光LED，由R上的电压增加到接近1.58V，白光LED的电流增加13%。需要注意的是，此时白光LED的电压仅有5%的变化。
①
绝对精度。使用稳压输出电源驱动白光LED时电流的绝对误差可用式（1）计算。对于所选择的白光LED，利用VD与ID的关系曲线（见图8）进行计算。将所期望的工作电流I对应的VD标称电压及所选择的VOUT代入式（1），可以解得电阻值R0得到电阻值R后，利用白光LED数据资料中最差条件下的VD求解式（1）。须考虑温度变化对VD的影响。这样能够得出白光LED电流的范围，电流范围必须小于白光LED的最大额定值。
②
亮度调节。在稳压输出电源驱动电路中，可通过改变VOUT调节白光LED的电流。在使用同一电源时，并不推荐这种方法。可供选择的是用MOSFET管与开关电阻并联组成简单的亮度调节器，如图9所示。但是，当需要多级亮度调节时，这种方法的成本将急剧增高。这时，应考虑采用集成方案或串联驱动方式。用MOSFET管控制与R1a~R3a并联的电阻R1b~R3b，进行亮度调节。
(3)采用稳流输出变换器
在用稳流输出变换器驱动白光LED的电路中，流过其中一只白光LED的电流通过电阻R1检测，并由变换器稳定调节该电流。变换器的类型可以是基于电感的变换器，也可以是电荷泵或线性稳压器。白光LED的电流方程与式（1）相同，但条件不同，这里稳定的是I1，而不VOUT，公式为
I1=VFEEDBACK/R1 （4）
由于只调节了一个电流，其余白光LED的正向压差会导致电流误差。图10所示为改进后增大R1的电路。因为电流必须保持恒定，将R1分为R1a和R1b。R1b控制电流，R1a控制输出电压，R2和R3设置为R1a+R1b。采用稳流输出变换器的电路的电流匹配通过增大R1a得到改进。
图11所示电路利用MAX1910/MAX1912电荷泵实现电流调节。图中增加了亮度调节电路，且所有白光LED共用一个检测电阻，以便调节总电流。为提高效率，控制器提供1.5×模式和2×模式升压选择，可提供高达120mA的输出电流，具体取决于输入电压。
2、 驱动串联白光LED
驱动串联白光LED时，由于流过每只白光LED的电流相同，可以获得均匀的亮度。该设计的缺点是驱动电压为各白光LED正向压降之和，需要驱动器输出满足LED串联所需的驱动电压。这种串联配置需要基于电感的变换器，以便在高压时获得高效率。在选择这种类型的变换器时，必须考虑Lx引脚的额定输出电压。表1给出了几款变换器Lx引脚的额定电压及可以驱动串联白光LED的数量。Lx引脚的最大额定电压与白光LED串联后的最大电压之间需要保留一定的安全裕量，以允许过压关断。
例如，MAX8596Z是专为驱动多达八只串联白光LED而设计的开关变换器，其应用电路如图12所示。该器件具有2.6~5.5V的输入电压范围，允许单节锂离子电池或三节NiGd/NiMH电池进行供电。MAX8596Z采用节省空间的8引脚TDFN封装形式。由于它工作在高速1MHz
PWM方式，因此，允许选用小巧的外部元件。MAX8596Z具有32~36V的过压锁存门限，当出现白光LED开路时能够有效地保护集成电路。另外，该器件还具有高温降额功能，当温度超过+42℃时输出电流降低，以便减少白光LED的功耗。
可用任意直流电压或未经滤波的PWM信号驱动CTRL引脚，调节白光LED的电流。采用0.24~1.72V的CTRL引脚电压驱动白光LED从最暗到满亮度变化。超过1.72V时，输出电流被钳位在最大值。可以采用200Hz~200kHz的PWM信号调节白光LED的亮度。
2008年5月28日星期三
浅谈LED灯饰产品基本组成
LED产业近来在全球得到突飞猛进的发展，特别是装饰灯具，更是如火如荼，广泛地用于楼体轮廓、桥樑、广场等市政亮化工程，以及各旅馆、KTV、酒店、游乐场等娱乐场所。LED灯饰产品主要组成部分是：LED发光二极体、PCB电路板、外壳。这三种材料构成了灯饰产品的主体，也基本决定了灯饰产品的材料品质。以下对三种材料的选型对灯饰产品的影响做一简单说明。1、LED发光二极体发光二极体的亮度是由LED芯片裸芯亮度和灯体封装外形决定的，它的寿命是由LED芯片工作环境和品质决定的。这里要特别说明的是，现在LED灯饰产品所用的LED芯片标准尺寸一般为：红色、黄色12mil，蓝色、绿色14mil，但也有用8-10 mil芯片的。不同尺寸的芯片发光亮度可以一样，但其寿命就完全不一样，因为单位面积芯片的过电量越大其寿命越短，这也是同样亮度发光二极体价格不一样的原因。2、PCB电路板电路板作为光源的载体直接影响的灯具的寿命和故障率。LED灯饰产品的所有电子线路都在PCB电路板上，它的材质和加工工艺将直接影响产品的品质和寿命。电路板材质分为全玻纤、半玻纤、纸板三种。LED灯饰产品的标准材料应为全玻纤双面板，如采用半玻纤或纸板单面板其后期焊接品质和防潮、抗老化能力以及电性都将大打折扣。 3、外壳外壳作为灯具产品的混光层和保护层，也影响到灯具产品的效果和寿命。现在所用的工程朔料一般是PC（聚碳酸脂），它的抗老化、防紫外线、抗冲击效果是最好的。也有用PMMA（亚克力）的，其耐候性稍差一点，且脆性较大易碎。PC材料本身是无色的，根据需要添加不同的色剂就可加工出不同顏色的PC管。一般常用PC管为透明和乳白两种。透明管亮度较乳白色高，但乳白色混色性优于透明管。
2008年5月27日星期二
RGB三基色合成白光的制作原理
RGB三基色混合成白光也是制作白光LED的一种方法。这种方法将LED的红、绿、蓝三种芯片组合在一起，通过电流让它们发出红、绿、蓝三种基色光，然后混合成全彩色的可见光。这种方法得到的白光有良好的显色性能、较宽的色温范围，所用的材料和LED芯片也能方便获取。 这种方法经常在三个LED芯片中加入一个控制电流IC（集成电路）芯片。一方面可控制供给LED的各个芯片的恒定电流，防止因LED工作电流变化引起光的主波长偏移而变色，继而使白光的色温也发生变化。另一方面，可以控制通过三个RGB LED芯片的电流大小，从而使三个芯片的发光强度相应发生变化，实现三基色光混合比例随之发生变化，这样就可以产生多种变换的色彩。通过这种方法生产的LED产品很受人们的欢迎。 目前，市场上使用LED三基色RGB芯片混合白光的产品分为三类： ·将三个红、绿、蓝芯片封装在φ5mm~φ10mm的一个组件内，红、绿、蓝的发光强度比例固定并接通电流，这样发出的就是白光。 ·可以加装一个IC芯片，控制三个芯片的工作电流大小，三种基色光强随电流大小变化，使发出的混合光颜色随之变换。 ·可做成W级大功率LED，将功率级芯片的红、绿、蓝三基色混合成白光。这种合成的白光视角大、亮度高，特别适合作为各种灯箱广告的背光源和多彩变换的夜景灯，以美化环境、亮化城市。
白光LED驱动器
1、 白光LED驱动器的要求
驱动器可以看作是向白光LED供电的特殊电源，可以驱动正向压降为3.0~4.3V的白光LED，并根据需要驱动串联、并联或串并联的多个白光LED，满足驱动电流的要求。对驱动器的主要要求如下：
① 为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升降压功能，以满足1~3节充电电池或1节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。 ②
驱动器应有高的功率转换效率，以提高电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。目前高的可达80%~90%，一般可达到60%~80%。 ③
在多个白光LED并联使用时，要求各白光LED的电流相匹配，使亮度均匀。 ④ 功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能，在关闭状态时一般静态电流应小于1μA。 ⑤
白光LED的最大电流ILED可设定，使用过程中可调节白光LED的亮度（亮度调节）。 ⑥ 有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护。
⑦ 小尺寸封装，并要求外围组件少而小，使所占印制板面积小。 ⑧ 对其他电路的干扰影响小。 ⑨ 使用方便，价位低。 2、 驱动器的分类
从供电电压的高低可以将驱动器分成三类：由电池供电，电压一般低于5V，主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率白光LED，它主要采用升压式DC/DC变换器或升压式（或升降压式）电荷泵变换器，少数采用LDO电路的驱动器；大于5V供电，如6V、9V、12V、24V（或更高），由稳压电源或蓄电池供电，它主要用降压式可升降压式DC/DC变换器；直接由市电（110V或220V）或相应的高压直流电（如40~400V）供电，主要用于驱动大功率白光LED，采用降压式DC/DC变换器驱动电路。
过去认为有电感的升压式DC/DC变换器可输出较大的电流。近年来，电荷泵式驱动器可输出的电流已从几百毫安上升到1.2A，并且两者在转换效率上也不相上下。对于采用LDO电路的驱动器，无需外围组件及价位低是它的优点，其缺点是转换效率略低，并且电池往往不能用到终止放电电压就要充电。这种驱动器主要用于1节锂离子电池的场合，并需用正向电压低的白光LED。可以用作白光LED驱动电源的集成器件品种较多，大致分为恒流源、电荷泵和开关电源三种类型。（1）
恒流源
绝大多数LCD背景照明装置都配有亮度控制器以便使用中根据环境光线的强弱进行相应调节。由于LED的光子发射源于电子、空穴对的复合，故其发射速率以及发光强度均与LED的正向电流成比例。为此，可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方案。但因白光LED的“色温”也与工作电流直接有关，这类控制方案会使光源在整个亮度调节范围内的颜色一致性变得很差，故而仅能用于按钮照明之类对于颜色保真度要求很低的场合。LCD背光装置则大多采用PWM电源为LED供电，以避免这一“色偏”问题。
从实用的角度来看，对于电源电压较高的车载设备，由于多个白光LED可以串联使用，所以采用配有脉宽调制器的集电极开路（OC）或电流镜输出级即可构成简单的LED驱动器。
在电源电压较为有限的应用场合，多个白光LED只能以并联方式工作。此时，按照传统的设计方法，通常需为每只白光LED配备独立的限流电阻，借以克服白光LED正向压降一致性差以及不可直接并联工作的弊端。不过目前多已改用集成恒流源为白光LED供电，可以消除电源电压变动所造成的不利影响。MAX1916和LX1190是两种较为常见的恒流源集成电路。（2）
电荷泵
白光LED的正向压降可以高达4V，但是目前的大量手持电子设备多以单一锂电池供电，此时已经无法再由设备电源直接驱动白光LED而必须借助于各类电源变换器件。可以用作白光LED驱动器的电源变换器件包括不少种类，其中应以电压输出型电荷泵电路最为简单。此类典型的器件有LM3354型开关电容变换器，其电源电压范围为2.5~5.5V，输出电压有一系列标称值可供选择，用作白光LED驱动器时应选择4.1V标称输出电压。LM3354的开关工作频率为1MHz，故而可以采用较小的开关电容器。LM3354的最大输出电流为90mA，带有片内过热保护电路，静态电流与关断状态电流分别为475μA和5μA。控制白光LED亮度的脉宽调制信号可由器件的判断控制（SD）端送入，其重复频率应在60Hz以上，以免LED产生闪烁现象；但也不宜超过200Hz，以保证开关电容器具有足够的放电时间。
白光LED以恒流源供电有利于抑制电源电压变动所造成的不利影响，目前也确有不少电流输出型电荷泵电路可供选用。LTC3200的反馈阈值电压则可由“引脚编程”方式设定为200mV、400mV或600mV(第四种编程组态为“关断”)，若以PWM信号令其间歇进入关断状态，便可平滑调节白光LED的亮度而不致产生明显的“色偏”。LTC3200的工作频率为1.5MHz，电源电压为2.7~4.5V时，最大输出电流为125mA，可以同时驱动八只白光LED。LTC3200-5电压输出型电荷泵集成器件与LM3354的结构相似，但体积较为小巧，而且仅需一个开关电容；工作电压为3~4.4V，工作频率为2MHz，输出电流可达100mA；唯其5V额定输出电压偏高，因而限流电阻的压降亦偏大，对整体电源变换频率有一定的影响。
SC600电压输出型电荷泵集成器件包括4~4.5V/120mA与4.5~5V/60mA多种输出规格，电源电压范围为2.7~6.5V，利用“引脚编程”方式切换工作频率，在8~650kHz范围内共分四挡，由此可以调整输出电流。其最大的特色在于电源电压超过某个阈值时会自动切换内部电路结构以取得更高的电源变换频率。该阈值具有80mV的“回差”，以防切换过于频繁而造成较大的输出纹波。
电流输出型电荷泵LM2794以电流镜作为输出级，因而可以省去限流电阻，但会增加器件的功耗。LM2794具有四路电流输出，每路为20mA。若欲调整白光LED的亮度，仍可在其关断控制端加入脉宽调制信号，也可采用引入外部电流的方式改变其反馈阈值。该器件的电源电压范围为2.7~5.5V，电压超过4.7V时会自动切换内部电路，改以“直通”方式工作。该切换阈值也有250mV左右的回差以防输出纹波恶化。值得一提的是，该器件的外形尺寸仅为2mm×2.4mm×0.84mm，是同类器件中体积最小的。
S8813与LM2794的结构相近，但恒流原理属脉冲频率调制型。这种恒流方式对于变换效率的提高有些好处，但有一定的开关噪声。该器件的典型工作频率约为600kHz，具有三路电流输出，每路为5~18mA。（3）
开关电源
电荷泵是以电容器作为储能元件，但以升压式开关电源作为白光LED驱动器的应用也较为广泛。事实上，以电感器作为储能元件的电感升压式开关换器，在电压提升的效能方面优于电荷泵式变换器。用作白光LED驱动器的电感升压式开关变换器多为电流输出型。
目前，小功率集成电感升压式开关变换器多带有作为功率开关的片内N沟道MOSFET管，但是储能电感通常仍需外接。MAX1848的开关频率为1.2MHz，以2.6~5.5V电源电压工作时，最高输出电压可达13V，足以驱动2~3只串联的白光LED。MAX1848还可同时驱动三路并联负载，每路负载包括两个串联的白光LED。此应用需要配用三个采样电阻，各路负载的电流匹配情况不令人满意。
LT1937电感升压式开关变换器片内功率开关的耐压值高达36V，可以驱动六只白光LED串联组成的单路负载。采样电阻压降约为100mV，通过调整采样电阻的阻值可将输出电流设定为5~20mA。白光LED的亮度调整仍可采用在反馈节点引入外加控制电流可将脉宽调制信号送入关断控制端这两种方法。
属于电感升压式开关变换器的器件还有LM2704和LX1993，LM2704可以在2.2~7V电压范围内工作，最高输出电压为20V，输出电流为20mA，可驱动两路共计八只白光LED。LM2704的特点在于片内功率开关峰值电流可达0.5A，导通电阻仅为0.7Ω，故而电源变换效率较高，同时易于解决小型封装器件的散热问题。LX1993能以20mA的输出电流驱动单路四只白光LED，其优点在于电源电压可以低至1.6V。
无论是车载、便携还是手持电子设备的设计，电源效率都是一个不可忽视的重要问题。然而，对于白光LED驱动电路来说，各类集成器件变效率的比较看来并不是那么简单。按照常规，器件生产厂商提供的电源变换效率指标均定义为输出电功率与输入电功率之比，但是白光LED的正向压降往往相差数百毫伏之多，足以影响其实际消耗功率在驱动器件输出总功率中所占的比例，即白光LED驱动电路中消耗于限流电阻或电流镜输出管压降之类的无用功率对于实际的电源变换效率往往具有很大影响，采用不同电路结构形式的驱动器件尤为显著。而测定白光LED工作于特定正向电流时的电源输入功率，才是比较驱动电路变换效率的可靠方法。采用多只白光LED串联使用的方案有利于提高驱动电路的整体效率，但在实际应用时这一方法将会受到以下两方面的限制：
① 驱动电路的最高输出电压通常较为有限值，所以同一支路中白光LED的串联个数不可能太多。 ②
目前白光LED产品的一致性并不令人满意，同一支路中通常须用同一厂商同一生产批次的白光LED，才能基本保证整个照明面积具有足够均匀的照度。
目前提高驱动电路变换效率的余地可以说已经相当有限，然而从白光LED本身的发光效率看来却还大有潜力。所谓的白光LED，其实是利用一种紫蓝光LED所发出的短波长紫蓝光激发涂布于输出光学透镜内壁的荧光材料，进而产生波谱较宽的白色复合光。由此可见，白光LED的紫蓝光管芯、荧光材料乃至光学透镜均可影响其发光效率。近年白光LED生产厂商研发的新一代NSCW215系统产品的发光效率较上一代整整提高了50%。另外，在大功率白光LED的开发方面亦有所进展，目前已经研制成功正向电流达到数百毫安的LED，在作为交通信号等适应白昼使用的照明指示光源方面颇有竞争力。
鉴于白光LED在LCD背景照明领域的应用前景，已有相关的组件产品投入市场。如MTG-F2406FMNHSGW液晶显示器组件（WTS）、采用240×64像素的液晶显示屏和T6963C型显示控制器（东芝）均以白光LED作为背景光源。若再配上电源变换器（可选件），整个组件便可以5V单电源供电。液晶屏有效显示面积为132×39mm2，点距为0.51mm。
最近几年便携式电子产品大多改用正向电压为3.6V（20mA）的白光LED作为背光照明单元。以移动电话为例，它使用了3~4只白光LED，然而一般锂离子电池放电时的电压经常低于3.6V，为了符合白光LED
3.6V正向电压的需求，必须借助于升压电路才能获得预期的效果。也就是说，白光LED驱动器必须具备以下功能：即使电池的输出电压下降，驱动器也能够为白光LED提供充足的正向电压VF。
第一代白光LED驱动器采用限流电阻进行电流匹配，以补偿正向电压的差异，从而保证白光LED亮度的一致性。然而，最新研制的白光LED驱动器不会受供电电压的影响而保证恒定的亮度。提升并调节电池电压的驱动器可以是开环或闭环控制器、电荷泵，或带有电压或电流输出功能的电感变换器。
在大多数应用中，白光LED通过并联或串联方式连接在一起，但在个别情况下也可采用混合的串、并联配置方式。对LED进行连接时采用串联、并联或混联的方式联决于应用的需要，每种配置方案都有本身的优点和不足之处。
①
串联。白光LED具有类似普通二极管的正向电压和电流特性。由于白光LED的亮度几乎完全由电流控制，因此，只要使用相同或匹配的电流，两只白光LED即可获得相同的亮度，而无需考虑其正向电压的差异。采用串联方式连接可保证其电流相同，因此所有白光LED的亮度都是一致的。
②
并联。大多数并联白光LED都采用恒压或恒流白光LED驱动器，而驱动器的采用取决于具体的应用要求。在恒压拓扑中驱动并联白光LED非常简单，驱动器可以是开环电压输出的开关式DC/DC稳压变换器。每只白光LED都有一个串行连接的限流电阻，用来设置电流值并匹配各只白光LED之间的电流。采用具有高限流电阻值的恒压驱动器，可以获得良好的电流匹配，但其负面作用是影响效率。相反，较低的限流电阻值将提供较高的效率，但白光LED的电流（亮度）匹配效果较差。
第一代恒流驱动器是带有整流功能的电荷泵，这些器件使用限流电阻来检测白光LED电流。利用检测到的电流来调节第一只白光LED的正向工作电流，余下白光LED的限流电阻的电流会与第一只白光LED的电流进行匹配。由于白光LED之间的正向电压各不相同，因此电流匹配的精度非常有限。需要精确电流匹配的应用（如彩色LCD显示等），可以使用内部匹配恒流LED驱动器。这些驱动器可在白光LED之间提供精确的电流匹配，而无需考虑其正向电压。
白光LED需要的正向电压相对较高。最新的技术趋势是将白光LED的正向电压降低至3V以下。因单个锂离子电池的电压范围为2.7~4.2V，其标称电压值为3.6V，如果白光LED的正向电压低于3V，电池即可直接驱动白光LED电路（无需升压），从而减少部件数量和降低成本。
与传统白光LED驱动器不同，如今的白光LED驱动器采用了主动匹配技术，为实现白光LED亮度恒定，由内置的数字、模拟和PWM控制单元对白光LED的亮度进行调节。飞兆半导体最新的FAN5608系列LED驱动器整合了所有的亮度控制方式（数字、模拟、PWM），并支持特殊配置方案，容许两个恒流源驱动多个白光LED串，每串LED都具有独立的亮度控制，可以在两个白光LED串上连接4只串联白光LED，从而满足驱动8只白光LED的要求。
3、 白光LED的驱动特性
图1给出了一般穿透式彩色液晶显示器的结构。如图1可知，LCD面板下方设有白光LED照明单元，白光LED产生的光线经由导光板的反射后均匀扩散并射入LCD面板内。
如图2所示，传统背光照明单元的白光LED是并联驱动的，白光LED的亮度取决于电阻的阻抗值。然而白光LED的电压VF本身具有不同的波动范围，因此相同的电阻会使白光LED的亮度产生分布不均现象。
因电压波动引起白光LED的亮度不相同时，背光照明单元的光线就会有照明不均问题。虽然使用电气特性相同的白光LED可以改善亮度不均问题，但实际上无法获得电气性能完全相同的白光LED。应根据各白光LED的电气特性，逐一调整负载电阻的阻抗值，但事实上这种方式并非解决问题的对策。为了使流入白光LED的电流完全相同，将并联方式改成图3所示的串联方式，即使白光LED的电压具有不同的波动值，由于流入各白光LED的电流ILED相同，因此各白光LED产生的亮度几乎一致。
每只白光LED最少需施加3.6V以上的驱动电压才能获得预期的亮度。如图3可知，当多只白光LED串联连接时，必须等比例提高驱动电压。图4所示是利用开关变换器NJM2360构成的白光LED驱动电路，该电路的基准电压VREF为1.25V，施加于VIN端子。此方式中电阻RL的阻抗值决定了影响白光LED亮度的各LED的电流ILED，ILED可由下式求得：
（1） 假设各LED的电流ILED为15mA，RL约为830Ω，三只3.6V的白光LED串联连接时，LED的整体的驱动电压VLED为
VLED=VREF+NVF=1.25+3×3.6=12.05(V) 式中：N为并联连接的白光LED的数量。
白光LED点亮时需要15mA的电流IF，不过周围环境很暗时，往往不需作全开驱动，此时可控制驱动电流而改变白光LED的亮度，进而降低白光LED的耗电量。这对使用电池的便携电子产品而，是非常重要的节能技术。有关驱动电流控制技术常用的方法是利用PWM信号进行控制，由于PWM信号可使开关变换器开/关，因此它可使白光LED的亮度稳定化，同时还可以确保电池长时间的动作特性。由图5可知，周围环境温度一旦超过50℃，白光LED的允许正向电流会大幅降低，在此情况下如果施加大电流，很容易造成白光LED老化。为了减缓白光LED的老化速度，所以必须根据周围温度调整基准电压Vref，减少电流的供给。
白光LED驱动电路的特点是： ① 白光LED的正向电压VF非常高。 ② 白光LED的正向电压VF本身具有一定的波动范围。 ③
全开工作时会使白光LED的耗电量增加。 ④ 电源电压变动会影响白光LED的亮度。
为了使白光LED能稳定地工作，且不受电压VF波动以及电源电压波动的影响，所以必须使用专门为驱动白光LED而设计的DC/DC变换器。
驱动器可以看作是向白光LED供电的特殊电源，可以驱动正向压降为3.0~4.3V的白光LED，并根据需要驱动串联、并联或串并联的多个白光LED，满足驱动电流的要求。对驱动器的主要要求如下：
① 为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升降压功能，以满足1~3节充电电池或1节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。 ②
驱动器应有高的功率转换效率，以提高电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。目前高的可达80%~90%，一般可达到60%~80%。 ③
在多个白光LED并联使用时，要求各白光LED的电流相匹配，使亮度均匀。 ④ 功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能，在关闭状态时一般静态电流应小于1μA。 ⑤
白光LED的最大电流ILED可设定，使用过程中可调节白光LED的亮度（亮度调节）。 ⑥ 有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护。
⑦ 小尺寸封装，并要求外围组件少而小，使所占印制板面积小。 ⑧ 对其他电路的干扰影响小。 ⑨ 使用方便，价位低。 2、 驱动器的分类
从供电电压的高低可以将驱动器分成三类：由电池供电，电压一般低于5V，主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率白光LED，它主要采用升压式DC/DC变换器或升压式（或升降压式）电荷泵变换器，少数采用LDO电路的驱动器；大于5V供电，如6V、9V、12V、24V（或更高），由稳压电源或蓄电池供电，它主要用降压式可升降压式DC/DC变换器；直接由市电（110V或220V）或相应的高压直流电（如40~400V）供电，主要用于驱动大功率白光LED，采用降压式DC/DC变换器驱动电路。
过去认为有电感的升压式DC/DC变换器可输出较大的电流。近年来，电荷泵式驱动器可输出的电流已从几百毫安上升到1.2A，并且两者在转换效率上也不相上下。对于采用LDO电路的驱动器，无需外围组件及价位低是它的优点，其缺点是转换效率略低，并且电池往往不能用到终止放电电压就要充电。这种驱动器主要用于1节锂离子电池的场合，并需用正向电压低的白光LED。可以用作白光LED驱动电源的集成器件品种较多，大致分为恒流源、电荷泵和开关电源三种类型。（1）
恒流源
绝大多数LCD背景照明装置都配有亮度控制器以便使用中根据环境光线的强弱进行相应调节。由于LED的光子发射源于电子、空穴对的复合，故其发射速率以及发光强度均与LED的正向电流成比例。为此，可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方案。但因白光LED的“色温”也与工作电流直接有关，这类控制方案会使光源在整个亮度调节范围内的颜色一致性变得很差，故而仅能用于按钮照明之类对于颜色保真度要求很低的场合。LCD背光装置则大多采用PWM电源为LED供电，以避免这一“色偏”问题。
从实用的角度来看，对于电源电压较高的车载设备，由于多个白光LED可以串联使用，所以采用配有脉宽调制器的集电极开路（OC）或电流镜输出级即可构成简单的LED驱动器。
在电源电压较为有限的应用场合，多个白光LED只能以并联方式工作。此时，按照传统的设计方法，通常需为每只白光LED配备独立的限流电阻，借以克服白光LED正向压降一致性差以及不可直接并联工作的弊端。不过目前多已改用集成恒流源为白光LED供电，可以消除电源电压变动所造成的不利影响。MAX1916和LX1190是两种较为常见的恒流源集成电路。（2）
电荷泵
白光LED的正向压降可以高达4V，但是目前的大量手持电子设备多以单一锂电池供电，此时已经无法再由设备电源直接驱动白光LED而必须借助于各类电源变换器件。可以用作白光LED驱动器的电源变换器件包括不少种类，其中应以电压输出型电荷泵电路最为简单。此类典型的器件有LM3354型开关电容变换器，其电源电压范围为2.5~5.5V，输出电压有一系列标称值可供选择，用作白光LED驱动器时应选择4.1V标称输出电压。LM3354的开关工作频率为1MHz，故而可以采用较小的开关电容器。LM3354的最大输出电流为90mA，带有片内过热保护电路，静态电流与关断状态电流分别为475μA和5μA。控制白光LED亮度的脉宽调制信号可由器件的判断控制（SD）端送入，其重复频率应在60Hz以上，以免LED产生闪烁现象；但也不宜超过200Hz，以保证开关电容器具有足够的放电时间。
白光LED以恒流源供电有利于抑制电源电压变动所造成的不利影响，目前也确有不少电流输出型电荷泵电路可供选用。LTC3200的反馈阈值电压则可由“引脚编程”方式设定为200mV、400mV或600mV(第四种编程组态为“关断”)，若以PWM信号令其间歇进入关断状态，便可平滑调节白光LED的亮度而不致产生明显的“色偏”。LTC3200的工作频率为1.5MHz，电源电压为2.7~4.5V时，最大输出电流为125mA，可以同时驱动八只白光LED。LTC3200-5电压输出型电荷泵集成器件与LM3354的结构相似，但体积较为小巧，而且仅需一个开关电容；工作电压为3~4.4V，工作频率为2MHz，输出电流可达100mA；唯其5V额定输出电压偏高，因而限流电阻的压降亦偏大，对整体电源变换频率有一定的影响。
SC600电压输出型电荷泵集成器件包括4~4.5V/120mA与4.5~5V/60mA多种输出规格，电源电压范围为2.7~6.5V，利用“引脚编程”方式切换工作频率，在8~650kHz范围内共分四挡，由此可以调整输出电流。其最大的特色在于电源电压超过某个阈值时会自动切换内部电路结构以取得更高的电源变换频率。该阈值具有80mV的“回差”，以防切换过于频繁而造成较大的输出纹波。
电流输出型电荷泵LM2794以电流镜作为输出级，因而可以省去限流电阻，但会增加器件的功耗。LM2794具有四路电流输出，每路为20mA。若欲调整白光LED的亮度，仍可在其关断控制端加入脉宽调制信号，也可采用引入外部电流的方式改变其反馈阈值。该器件的电源电压范围为2.7~5.5V，电压超过4.7V时会自动切换内部电路，改以“直通”方式工作。该切换阈值也有250mV左右的回差以防输出纹波恶化。值得一提的是，该器件的外形尺寸仅为2mm×2.4mm×0.84mm，是同类器件中体积最小的。
S8813与LM2794的结构相近，但恒流原理属脉冲频率调制型。这种恒流方式对于变换效率的提高有些好处，但有一定的开关噪声。该器件的典型工作频率约为600kHz，具有三路电流输出，每路为5~18mA。（3）
开关电源
电荷泵是以电容器作为储能元件，但以升压式开关电源作为白光LED驱动器的应用也较为广泛。事实上，以电感器作为储能元件的电感升压式开关换器，在电压提升的效能方面优于电荷泵式变换器。用作白光LED驱动器的电感升压式开关变换器多为电流输出型。
目前，小功率集成电感升压式开关变换器多带有作为功率开关的片内N沟道MOSFET管，但是储能电感通常仍需外接。MAX1848的开关频率为1.2MHz，以2.6~5.5V电源电压工作时，最高输出电压可达13V，足以驱动2~3只串联的白光LED。MAX1848还可同时驱动三路并联负载，每路负载包括两个串联的白光LED。此应用需要配用三个采样电阻，各路负载的电流匹配情况不令人满意。
LT1937电感升压式开关变换器片内功率开关的耐压值高达36V，可以驱动六只白光LED串联组成的单路负载。采样电阻压降约为100mV，通过调整采样电阻的阻值可将输出电流设定为5~20mA。白光LED的亮度调整仍可采用在反馈节点引入外加控制电流可将脉宽调制信号送入关断控制端这两种方法。
属于电感升压式开关变换器的器件还有LM2704和LX1993，LM2704可以在2.2~7V电压范围内工作，最高输出电压为20V，输出电流为20mA，可驱动两路共计八只白光LED。LM2704的特点在于片内功率开关峰值电流可达0.5A，导通电阻仅为0.7Ω，故而电源变换效率较高，同时易于解决小型封装器件的散热问题。LX1993能以20mA的输出电流驱动单路四只白光LED，其优点在于电源电压可以低至1.6V。
无论是车载、便携还是手持电子设备的设计，电源效率都是一个不可忽视的重要问题。然而，对于白光LED驱动电路来说，各类集成器件变效率的比较看来并不是那么简单。按照常规，器件生产厂商提供的电源变换效率指标均定义为输出电功率与输入电功率之比，但是白光LED的正向压降往往相差数百毫伏之多，足以影响其实际消耗功率在驱动器件输出总功率中所占的比例，即白光LED驱动电路中消耗于限流电阻或电流镜输出管压降之类的无用功率对于实际的电源变换效率往往具有很大影响，采用不同电路结构形式的驱动器件尤为显著。而测定白光LED工作于特定正向电流时的电源输入功率，才是比较驱动电路变换效率的可靠方法。采用多只白光LED串联使用的方案有利于提高驱动电路的整体效率，但在实际应用时这一方法将会受到以下两方面的限制：
① 驱动电路的最高输出电压通常较为有限值，所以同一支路中白光LED的串联个数不可能太多。 ②
目前白光LED产品的一致性并不令人满意，同一支路中通常须用同一厂商同一生产批次的白光LED，才能基本保证整个照明面积具有足够均匀的照度。
目前提高驱动电路变换效率的余地可以说已经相当有限，然而从白光LED本身的发光效率看来却还大有潜力。所谓的白光LED，其实是利用一种紫蓝光LED所发出的短波长紫蓝光激发涂布于输出光学透镜内壁的荧光材料，进而产生波谱较宽的白色复合光。由此可见，白光LED的紫蓝光管芯、荧光材料乃至光学透镜均可影响其发光效率。近年白光LED生产厂商研发的新一代NSCW215系统产品的发光效率较上一代整整提高了50%。另外，在大功率白光LED的开发方面亦有所进展，目前已经研制成功正向电流达到数百毫安的LED，在作为交通信号等适应白昼使用的照明指示光源方面颇有竞争力。
鉴于白光LED在LCD背景照明领域的应用前景，已有相关的组件产品投入市场。如MTG-F2406FMNHSGW液晶显示器组件（WTS）、采用240×64像素的液晶显示屏和T6963C型显示控制器（东芝）均以白光LED作为背景光源。若再配上电源变换器（可选件），整个组件便可以5V单电源供电。液晶屏有效显示面积为132×39mm2，点距为0.51mm。
最近几年便携式电子产品大多改用正向电压为3.6V（20mA）的白光LED作为背光照明单元。以移动电话为例，它使用了3~4只白光LED，然而一般锂离子电池放电时的电压经常低于3.6V，为了符合白光LED
3.6V正向电压的需求，必须借助于升压电路才能获得预期的效果。也就是说，白光LED驱动器必须具备以下功能：即使电池的输出电压下降，驱动器也能够为白光LED提供充足的正向电压VF。
第一代白光LED驱动器采用限流电阻进行电流匹配，以补偿正向电压的差异，从而保证白光LED亮度的一致性。然而，最新研制的白光LED驱动器不会受供电电压的影响而保证恒定的亮度。提升并调节电池电压的驱动器可以是开环或闭环控制器、电荷泵，或带有电压或电流输出功能的电感变换器。
在大多数应用中，白光LED通过并联或串联方式连接在一起，但在个别情况下也可采用混合的串、并联配置方式。对LED进行连接时采用串联、并联或混联的方式联决于应用的需要，每种配置方案都有本身的优点和不足之处。
①
串联。白光LED具有类似普通二极管的正向电压和电流特性。由于白光LED的亮度几乎完全由电流控制，因此，只要使用相同或匹配的电流，两只白光LED即可获得相同的亮度，而无需考虑其正向电压的差异。采用串联方式连接可保证其电流相同，因此所有白光LED的亮度都是一致的。
②
并联。大多数并联白光LED都采用恒压或恒流白光LED驱动器，而驱动器的采用取决于具体的应用要求。在恒压拓扑中驱动并联白光LED非常简单，驱动器可以是开环电压输出的开关式DC/DC稳压变换器。每只白光LED都有一个串行连接的限流电阻，用来设置电流值并匹配各只白光LED之间的电流。采用具有高限流电阻值的恒压驱动器，可以获得良好的电流匹配，但其负面作用是影响效率。相反，较低的限流电阻值将提供较高的效率，但白光LED的电流（亮度）匹配效果较差。
第一代恒流驱动器是带有整流功能的电荷泵，这些器件使用限流电阻来检测白光LED电流。利用检测到的电流来调节第一只白光LED的正向工作电流，余下白光LED的限流电阻的电流会与第一只白光LED的电流进行匹配。由于白光LED之间的正向电压各不相同，因此电流匹配的精度非常有限。需要精确电流匹配的应用（如彩色LCD显示等），可以使用内部匹配恒流LED驱动器。这些驱动器可在白光LED之间提供精确的电流匹配，而无需考虑其正向电压。
白光LED需要的正向电压相对较高。最新的技术趋势是将白光LED的正向电压降低至3V以下。因单个锂离子电池的电压范围为2.7~4.2V，其标称电压值为3.6V，如果白光LED的正向电压低于3V，电池即可直接驱动白光LED电路（无需升压），从而减少部件数量和降低成本。
与传统白光LED驱动器不同，如今的白光LED驱动器采用了主动匹配技术，为实现白光LED亮度恒定，由内置的数字、模拟和PWM控制单元对白光LED的亮度进行调节。飞兆半导体最新的FAN5608系列LED驱动器整合了所有的亮度控制方式（数字、模拟、PWM），并支持特殊配置方案，容许两个恒流源驱动多个白光LED串，每串LED都具有独立的亮度控制，可以在两个白光LED串上连接4只串联白光LED，从而满足驱动8只白光LED的要求。
3、 白光LED的驱动特性
图1给出了一般穿透式彩色液晶显示器的结构。如图1可知，LCD面板下方设有白光LED照明单元，白光LED产生的光线经由导光板的反射后均匀扩散并射入LCD面板内。
如图2所示，传统背光照明单元的白光LED是并联驱动的，白光LED的亮度取决于电阻的阻抗值。然而白光LED的电压VF本身具有不同的波动范围，因此相同的电阻会使白光LED的亮度产生分布不均现象。
因电压波动引起白光LED的亮度不相同时，背光照明单元的光线就会有照明不均问题。虽然使用电气特性相同的白光LED可以改善亮度不均问题，但实际上无法获得电气性能完全相同的白光LED。应根据各白光LED的电气特性，逐一调整负载电阻的阻抗值，但事实上这种方式并非解决问题的对策。为了使流入白光LED的电流完全相同，将并联方式改成图3所示的串联方式，即使白光LED的电压具有不同的波动值，由于流入各白光LED的电流ILED相同，因此各白光LED产生的亮度几乎一致。
每只白光LED最少需施加3.6V以上的驱动电压才能获得预期的亮度。如图3可知，当多只白光LED串联连接时，必须等比例提高驱动电压。图4所示是利用开关变换器NJM2360构成的白光LED驱动电路，该电路的基准电压VREF为1.25V，施加于VIN端子。此方式中电阻RL的阻抗值决定了影响白光LED亮度的各LED的电流ILED，ILED可由下式求得：
（1） 假设各LED的电流ILED为15mA，RL约为830Ω，三只3.6V的白光LED串联连接时，LED的整体的驱动电压VLED为
VLED=VREF+NVF=1.25+3×3.6=12.05(V) 式中：N为并联连接的白光LED的数量。
白光LED点亮时需要15mA的电流IF，不过周围环境很暗时，往往不需作全开驱动，此时可控制驱动电流而改变白光LED的亮度，进而降低白光LED的耗电量。这对使用电池的便携电子产品而，是非常重要的节能技术。有关驱动电流控制技术常用的方法是利用PWM信号进行控制，由于PWM信号可使开关变换器开/关，因此它可使白光LED的亮度稳定化，同时还可以确保电池长时间的动作特性。由图5可知，周围环境温度一旦超过50℃，白光LED的允许正向电流会大幅降低，在此情况下如果施加大电流，很容易造成白光LED老化。为了减缓白光LED的老化速度，所以必须根据周围温度调整基准电压Vref，减少电流的供给。
白光LED驱动电路的特点是： ① 白光LED的正向电压VF非常高。 ② 白光LED的正向电压VF本身具有一定的波动范围。 ③
全开工作时会使白光LED的耗电量增加。 ④ 电源电压变动会影响白光LED的亮度。
为了使白光LED能稳定地工作，且不受电压VF波动以及电源电压波动的影响，所以必须使用专门为驱动白光LED而设计的DC/DC变换器。
大功率LED封装技术及其发展
一、前言 大功率LED封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命，一直是近年来的研究热点，特别是大功率白光LED封装更是研究热点中的热点。LED封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高LED性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。 LED封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展，LED封装先后经历了支架式(Lamp LED)、贴片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等发展阶段。随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行封装设计。 二、大功率LED封装关键技术 大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面，如图1所示。这些因素彼此既相互独立，又相互影响。其中，光是LED封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言，LED封装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。否则，等芯片制造完成后，可能由于封装的需要对芯片结构进行调整，从而延长了产品研发周期和工艺成本，有时甚至不可能。 具体而言，大功率LED封装的关键技术包括： （一）低热阻封装工艺 对于现有的LED光效水平而言，由于输入电能的80％左右转变成为热量，且LED芯片面积小，因此，芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择（基板材料、热界面材料）与工艺、热沉设计等。 LED封装热阻主要包括材料（散热基板和热沉结构）内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝，铜）、陶瓷（如，AlN，SiC）和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做衬底，将1mm芯片倒装在CuW衬底上，降低了封装热阻，提高了发光功率和效率；Lamina Ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板，如图2（a），并开发了相应的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板，然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路，不仅结构简单，而且由于材料热导率高，热界面少，大大提高了散热性能，为大功率LED阵列封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板，由陶瓷基板（AlN或）和导电层（Cu）在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好、强度高、绝缘性强，如图2（b）所示。其中氮化铝（AlN）的热导率为160W/mk，热膨胀系数为（与硅的热膨胀系数相当），从而降低了封装热应力。 研究表明，封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面，就难以获得良好的散热效果。例如，室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙，基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻，增强散热。因此，芯片和散热基板间的热界面材料（TIM）选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电胶和导热胶，由于热导率较低，一般为0.5-2.5W/mK，致使界面热阻很高。而采用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料，可大大降低界面热阻。 （二）高取光率封装结构与工艺 在LED使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高LED封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在大功率LED封装中得到广泛应用，但成本较高。研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效和光强分布。 荧光粉的作用在于光色复合，形成白光。其特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性（热和化学）等，其中，发光效率和转换效率是关键。研究表明，随着温度上升，荧光粉量子效率降低,出光减少，辐射波长也会发生变化，从而引起白光LED色温、色度的变化，较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成，散热性能较差，当受到紫光或紫外光的辐射时，易发生温度猝灭和老化，使发光效率降低。此外，高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上，折射率大于或等于1.85，而硅胶折射率一般在1.5左右。由于两者间折射率的不匹配，以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限（30nm），因而在荧光粉颗粒表面存在光散射，降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高LED出光效率（10％-20％），并能有效改善光色质量。 传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合，然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，出现偏蓝光或者偏黄光。而Lumileds公司开发的保形涂层（Conformal coating）技术可实现荧光粉的均匀涂覆，保障了光色的均匀性，如图3（b）。但研究表明，当荧光粉直接涂覆在芯片表面时，由于光散射的存在，出光效率较低。有鉴于此，美国RenssELaer 研究所提出了一种光子散射萃取工艺（Scattered Photon Extraction method，SPE)，通过在芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不仅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效（60％），如图3(c)。 总体而言，为提高LED的出光效率和可靠性，封装胶层有逐渐被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趋势，通过将荧光粉内掺或外涂于玻璃表面，不仅提高了荧光粉的均匀度，而且提高了封装效率。此外，减少LED出光方向的光学界面数，也是提高出光效率的有效措施。 （三）阵列封装与系统集成技术 经过40多年的发展，LED封装技术和结构先后经历了四个阶段，如图4所示。
大功率LED路灯
大功率LED路灯 顾名思义是功率大于30瓦以上，采用新型LED半导体光源的路灯 目前LED路灯的标准一般是路面照度均匀度（uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度0.48，大于国家传统标准0.42。光斑比值1：2，符合道路照度。（实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到15LUX，16米远的最低光强4LUX，重叠光强约6LUX。目前市场路灯透镜材料为改良光学材料，透过率≥93％，耐温-38－+90度，抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等特点。它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。 太阳能LED路灯 顾名思义是，采用太阳能硅板为供应电源，LED路灯 目前LED路灯的标准一般是： 1. 光的转化率17%，（每平方太阳能量为1000W，实际利用效率为170W） 2. 路面照度均匀度（uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度0.48，大于国家传统路灯标准0.42。光斑比值1：2，符合道路照度。（实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到15LUX，16米远的最低光强4LUX，重叠光强约6LUX。 3. 目前市场路灯透镜材料为改良光学材料，透过率≥93％，耐温-38－+90度，抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等特点。它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。 LED路灯透镜 ，主要用于LED路灯的透镜，光斑为矩形，材料是PMMA光学材料，透过率≥93％，耐温-38－+90度，抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等， 1. 路面照度均匀度（uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度0.48，大于国家传统路灯标准0.42。光斑比值1： 2. ，符合道路照度。（实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到15LUX，16米远的最低光强4LUX，重叠光强约6LUX。 3.它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。
LED照明产品的特点和优点
自从1968年第一批LED开始进入市场以来,至今已有30多年。随着新材料的开发和工艺的改进，LED趋于高亮化和全色化。氮化镓基底的蓝色LED的出现，更是扩展了LED的应用领域。目前LED的主要应用领域包括大屏幕彩色显示、照明灯具、激光器、多媒体显像、LCD背景光源、探测器、交通信号灯、仪器仪表、光纤通信、卫星通信、海洋光通信以及图形识别等，但目前还主要是用于照明和显示。 LED是由超导发光晶体产生超高强度的灯光，它发出的热量很少，不像白炽灯那样浪费太多热量，不像荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体，也不像霓虹灯那样要求高电压而容易损坏。LED已被全球公认为新一代的环保型高科技光源。 LED具有高光效能，比传统霓虹灯节省电能80%以上，工作安全可靠。LED改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED光源具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等特点。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80%~90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行比较，其结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000h；螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000h；T5三基色荧光灯的光效则为96lm/W，寿命约为10000h；而直径为5mm的白光LED的光效为20~28lm/W，寿命可大于100000h。 （1）LED照明产品 在爱迪生1879年发明碳丝白炽灯之后，照明技术便进入一个崭新的时代。回顾20世纪的照明史，荧光灯、汞灯、高/低压钠灯、金属卤化物灯、紧凑型荧光灯、高频无极荧光灯以及微波硫灯等新光源层出不穷。白炽灯从其问世的那一天起就带有先天性缺陷，钨丝加热耗电大，灯泡易碎，而且容易使人触电。荧光灯虽说比白炽灯节电节能，但对人的视力不利，灯管内的汞也有害于人体和环境。真正引发照明技术发生质变的还是LED。与传统照明技术相比，LED的最大区别是结构和材料不同，它是一种能够将电能转化为可见光的半导体，上下两层装有电极，中间有导电材料，可以发光的材料在两电极的夹层中，光的颜色根据材料性质的不同而有所变化。 LED属于全固体冷光源，体积更小，重量更轻，结构更坚固，而且工作电压低，使用寿命长。按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达80%~90%。而同等光效的白炽灯的可见效率仅为10%~20%。单体LED的功率一般为0.05~1W，通过集群方式可以满足不同需要。 LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具，在照明领域LED发光产品的应用正吸引着世人的目光。LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。 (2)LED光源的优点 ①新型绿色环保光源：LED运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。LED的工作电压低，采用直流驱动方式，超低功耗（单管0.03~0.06W），电光功率转换接近100%，在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。LED的环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 ②寿命长：LED为固体冷光源，环氧树脂封装，抗震动，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万~10万小时，是传统光源使用寿命的10倍以上。LED性能稳定，可在-30~+50oC环境下正常工作。 ③多变换：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256X256X256（即16777216）种颜色，形成不同光色的组合。LED组合的光色变化多端，可实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 ④高新技术：与传统光源的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功地融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术和嵌入式控制技术等。传统LED灯中使用的芯片尺寸为0.25mmX0.25nm，而照明用LED的尺寸一般都要在1.0mmX1.0mm以上。LED裸片成型的工作台式结构、倒金字塔结构和倒装芯片设计能够改善其发光效率，从而发出更多的光。LED封装设计方面的革新包括高传导率金属块基底、倒装芯片设计和裸盘浇铸式引线框等，采用这些方法都能设计出高功率、低热阻的器件，而且这些器件的照度比传统LED产品的照度更大。 目前一个典型的高光通量LED器件能够产生几流明到数十流明的光通量，更新的设计可以在一个器件中集成更多的LED，或者在单个组装件中安装多个器件，从而使输出的流明数相当于小型白炽灯。例如，一个高功率的12芯片单色LED器件能够输出200lm的光能量，所消耗的功率在10~15W之间。 LED光源的应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；LED的控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光；不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。LED已经被广泛应用于各种照明设备中，如电池供电的闪光灯、微型声控灯、安全照明灯、室外道路和室内楼梯照明灯以及建筑物与标记连续照明灯。 白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED最接近日光，更能较好地反映照射物体的真实颜色，所以从技术角度看，白光LED无疑是LED最尖端的技术。目前，白光LED已开始进入一些应用领域，应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世，但是由于价格十分昂贵，故而难以普及。白光LED普及的前提是价格下降，而价格下降必须在白色LED形成一定市场规模后才有可能，两者的融合最终有赖于技术进步。来源:中国消费电子
LED动感发光字在高楼中的应用优势
由于LED节能的特点，LED已经进入城市亮化工程，不少标志性景观、亮化工程、照明夜景都开始使用LED这一类五色斑斓的节能固体新光源。传统的城市亮化非常耗电，一般是采用建筑物的被动发光，其耗电量非常大。如果采用LED主动发光的方式进行亮化，其耗电量仅为被动发光亮化方式的1/20。 LED光源动感发光字以文字或标识的外观形式，安装在楼宇顶部或墙面，利用led作为发光光源，选用高亮LED芯片，利用控制系统，对文字或标识进行动态视频控制独特的设计使传统的户外广告有了全新的可能，其色彩的丰富性大大超越传统霓虹灯的限制，再加之相对省电的特性，以及led寿命超长，大幅度的降低了维修的成本支出。未来户外广告标识市场，led技术会与霓虹灯相互补充，led光源以其节能、寿命长等显著优点，在户外广告照明中充当越来越重要的角色。内置led光源的立体发光字具有极佳的视觉感染力，色彩柔和，动感效果丰富。同时led采用低电压运行，安全可靠，在使用寿命和维护成本方面，相对于霓虹灯等其它光源来说具有无可比拟的优势。与霓虹灯相比较，LED光源动感发光字不是由呈现条构造的灯管组成，而是由分别独立控制的LED灯点阵组成，因此变化极其丰富。又不同于灯箱、路牌和磁翻板的被动发光，而是采取单点主动发光，因此显示效果更均匀。采用先进的通讯控制技术，LED光源动感发光字系统全部由半导体电路控制，因此不会出现像磁翻板那种机械故障的可能性。同时控制电压在5至12伏特之间，使用相当安全。目前的霓虹灯字由于功耗高，故障率高及发光转换率低的缺点，已不能被广大客户所接受。LED光源动感发光字具有发光亮度高、显示效果炫丽多变、寿命长且非常节能等特点，将被这一领域的用户所认可。简单来说，LED光源动感发光字具有以下几个优点： 1.高亮度。产品亮度超过目前其它所有照明设备。 2.防风，防水，防尘可全天候运行，不受恶劣气候条件影响。 3.强有力的视觉冲击力。色彩丰富，字体，图案，动画可随意制作。 4.以灵活多变方式代替传统霓红灯及其它室内外标牌，照明系统。 5.节能省电，运营成本低。产品功耗小，只有传统霓虹灯的十分之一。 6.广告效益好。动静结合的显示方式，丰富多变的显示内容，较低的运营成本，高安全性的设计和高使用寿命，能极大提高广告投资商的投资回报率、使得广告商以及广告客户通过有限的资金，即可演绎无限的精彩的广告内容，从而最大限度的发挥了户外广告媒体的优势，真正的实现了广告投资商和广告用户的双赢。
LED图素分解原理
LED图素分解（又称虚拟图素）技术，就是采用LED复用技术，同一个LED发光管，可用相邻的LED发光管进行4次组合（下、下、左、右组合），这样采用相同的LED发光管，就可表示更多的图素。例如：LED全彩屏采用红、绿、蓝三色发光管，每种管各256级灰度构成了16,777,216种顏色。其中，LED发光管组成可以分成这样：虚拟图素2红+1纯绿+1纯蓝，以及实图素1红+1纯绿+1纯蓝。实图素显示方式和虚拟图素显示方式的显示效果区别如下：LED发光管佈置方式不同，实图素显示方式中红、蓝、绿三色发光管（三基色）相互靠近组成一个实图素点，由实图素点构成点阵显示；虚拟图素显示方式中红、蓝、绿三色发光管等距离均匀分佈，每个LED发光管构成一个虚拟图素点。虚拟图素显示方式中每个LED发光管（虚拟图素点）都同周围的LED发光管组成三基色图素点，在LED发光管用量相同的情况下，虚拟图素显示方式比实图素显示方式的三基色图素点提高了四倍。由于采用了图素的复用方式，提高了显示点的显示效率，虚拟图素显示方式在显示图像时，比相同点数的实图素显示方式的清晰度提高了四倍。虚拟图素显示方式在单色显示文字时，因为无法利用相邻图素的显示关係，因此显示分辨能力回到其对应的实图素显示方式。例如：点距4mm的虚拟图素屏，在显示文字时就相当于点距8mm的实图素显示幕。由于虚拟图素显示幕的高画质显示，也称作为高画质显示幕。来源：LEDinside
LED显示屏单元板故障以及处理
A．整板不亮 1、检查供电电源与信号线是否连接。 2、检查测试卡是否以识别接口，测试卡红灯闪动则没有识别，检查灯板是否与测试卡同电源地，或灯板接口有信号与地短路导致无法识别接口。（智能测试卡） 3、检测74HC245有无虚焊短路，245上对应的使能（EN）信号输入输出脚是否虚焊或短路到其它线路。 注：主要检查电源与使能（EN）信号。 B．在点斜扫描时，规律性的隔行不亮显示画面重叠 1、检查A、B、C、D信号输入口到245之间是否有断线或虚焊、短路。 2、检测245对应的A、B、C、D输出端与138之间是否断路或虚焊、短路。 3、检测A、B、C、D各信号之间是否短路或某信号与地短路。 注：主要检测ABCD行信号。 C．全亮时有一行或几行不亮 1、检测138到4953之间的线路是否断路或虚焊、短路。 D．在行扫描时，两行或几行（一般是2的倍数,有规律性的）同时点亮 1、检测A、B、C、D各信号之间是否短路。 2、检测4953输出端是否与其它输出端短路。 E．全亮时有单点或多点（无规律的）不亮 1、找到该模块对应的控制脚测量是否与本行短路。 2、更换模块或单灯。 F．全亮时有一列或几列不亮 1、在模块上找到控制该列的引脚，测是否与驱动IC（74HC595/TB62726、、、）输出端连接。 G．有单点或单列高亮，或整行高亮，并且不受控 1、检查该列是否与电源地短路。 2、检测该行是否与电源正极短路。 3、更换其驱动IC。 H．显示混乱，但输出到下一块板的信号正常 1、检测245对应的STB锁存输出端与驱动IC的锁存端是否连接或信号被短路到其它线路。 I．显示混乱，输出不正常 1、检测时钟CLK锁存STB信号是否短路。 2、检测245的时钟CLK是否有输入输出。 3、检测时钟信号是否短路到其它线路。 注：主要检测时钟与锁存信号。 J．显示缺色 1、检测245的该颜色的数据端是否有输入输出。 2、检测该颜色的数据信号是否短路到其它线路。 3、检测该颜色的驱动IC之间的级连数据口是否有断路或短路、虚焊。 注：可使用电压检测法较容易找到问题，检测数据口的电压与正常的是否不同，确定故障区域。 K．输出有问题 1、检测输出接口到信号输出IC的线路是否连接或短路。 2、检测输出口的时钟锁存信号是否正常。 3、检测最后一个驱动IC之间的级连输出数据口是否与输出接口的数据口连接或是否短路。 4、输出的信号是否有相互短路的或有短路到地的。 5、检查输出的排线是否良好。
2008年5月26日星期一
LED照明及其产品应用识别和完善
对于产品以什么来衡量其质量的优劣，就是产品标准。对于产品标准，有识之士均称之谓技术法律。 一、产品标准体系的组成方面 LED作为一种新兴的照明电器产品，其本身以及配套的控制装置和以它为光源的灯具产品，标准对这些产品考核的条款主要由以下几方面组成。 1、产品在使用中关系到人们生命财产安全方面的考核条款作为电器产品，在使用时的安全要求是国际上公认的最重要的方面，在这方面，我国产品标准几乎都等同采用IEC标准，即使是我国自己制订的安全标准，也基本参考了IEC标准和/或ANSI等标准，并且均作为强制性标准加以颁布并实施。例如GB19510/IEC61347灯的控制装置系列和GB7000/IEC60598灯具系列标准以及光源安全标准中的绝大多数条款均属于这一类。 2、LED、控制装置和灯具自身的性能要求消费者购买产品实际是购买产品的使用功能，而产品的使用功能是靠这方面的性能条款的考核来实现的。作为照明用LED产品以及相应的配套产品也不例外，最新制订的（报批稿）《普通照明用LED模块性能要求》、《普通照明用自镇流LED灯性能要求》和《LED模块用直流或交流电子控制装置性能要求》标准中的光效、颜色特征、光衰、寿命和能效等指标以及灯具的分布光度和效率指标，就是体现了这方面的要求。 3、LED、控制装置和灯具相互配合的要求这一部分标准按产品可分为 （1）光源对控制装置的设计要求 灯的控制装置是为光源服务的。应该说，灯的控制装置安全指标是最重要的，但其考核要求大部分与其它电器类同，因此比较容易理解。而作为与光源配合方面的要求相对来讲其内在机理比较深奥，光源的正常工作状态主要是靠控制装置提供的，控制装置与光源的配合性能好坏直接关系到光源的发光效率、发光稳定性和使用寿命，并且影响到系统的综合能效。（2）光源对灯具的设计要求 光源在装入灯具后，其工作时的工况取决于灯具的设计结构。如果灯具的设计结构不合理，同样会严重影响光源的正常工作和使用寿命。例如，使用LED的道路灯具，既要求灯具有良好的密封，以保证防尘、防水功能，又要求具有良好的散热功能，以保证LED可以在诸多不利条件下，其结温仍然处于合理的水平。 4、电源对照明电器工作时的考核条款 作为用电器，必须遵守电源对它的考核要求，这样才能保证供电系统的正常运行并且能保持较高的供电效率。这方面的考核条款有GB17625.1/IEC61000-3-2线路功率因数、电源电流谐波和GB17625.2/IEC61000-3-3的电压跌落和闪烁。 5、对外界的电磁干扰限制以及抵抗外界的电磁干扰作为用电器，应该限制对其他电器的电磁干扰（EMI），例如GB17743/CISPR15中的电源端子骚扰和辐射骚扰，同时还要能够抵抗各种可能的电磁干扰（EMS），例如IEC61547、FCC等标准中的抵抗各种电磁干扰的条款。 二、照明用LED及其最终产品应用标准的识别和简介 从上面介绍的标准有关内容可得知，针对任何一种产品，一般都不是某一个标准能覆盖其完整的考核要求的，任一个产品标准都是针对某种产品的某一方面特性，并适用于某一个范围。一般由多个标准相互补充，引用和相互支撑，从而组成一个完整的标准体系,这是目前世界上各种标准体系都采用的惯例。 1、LED照明灯具以及最终应用产品的标准 由于我国计划经济遗留的行业分隔特点以及有众多照明行业从业人员掌握的知识面较窄，因此常会听到一些人讲“LED照明灯具以及最终的应用产品目前没有考核的标准”，其实这种说法是很幼稚的。例如采用LED为光源的各种最终的应用产品，它们组成的灯具或自镇流灯从使用功能和产品属性方面根本没有变化，所以目前灯具的有关标准要求也几乎完全覆盖了对它们的考核内容。目前生产的各种采用LED光源的灯具，必须满足该种灯具对应的安全要求，电磁兼容要求和配光要求。另外，对该类灯具现场照明效果的考核标准也完全适合于此类灯具。也就是说，采用LED为光源的灯具产品（也是应用的终端产品）这方面的考核要求早已存在。只是我们行业中尚有不少从业人员没有识别而已。
光纤照明和LED的比较
当今，在绿色照明概念的倡导下，各种照明技术不断的涌现，光纤照明和LED灯作为新兴的照明技术，始终走在绿色照明领域的前沿。 光纤照明是通过光纤把光源发生器的光线传播到指定区域的一种照明方式,它具有如下特点: 1） 由于光纤的自身特性和光的直线传播原理，光纤在理论上可以把光线传播到任何地方，满足了实际应用的多元性。 2）我们可以通过滤光装置获得我们所需要的各种颜色的光，以满足不同环境下对光色彩的需求。 3）通过光纤尾件的设计和安装，照明从抽象化转变为形象化。光纤照明赋予了光线质感、空间感，甚至赋予了光线生命和性格。 4）光纤照明实现了光电分离，这是一个质的飞跃，不仅安全性能提高，而且应用领域大大的拓宽了。 5）塑料光纤照明系统光色柔和，没有光污染。塑料光纤装饰照明采用过滤光谱的方式改变光源发光颜色，通过光纤传导后，色彩更显柔和纯净，给人的视觉效果非常突出。 6）一般的光源所发生的光谱不仅包括了可见光，还包括了红外线和紫外线。在一些特殊场合，红外线和紫外线都是我们避免的，比如文物照明。由于塑料光纤的低损耗窗口位于可见光谱的范围，红外线和紫外线的透过率很低，在加上对光源机的特殊处理，所以从光纤发出来的光都是无红外线和紫外线的冷光。 从特点上了解了光纤照明，现在再看看LED的特点。 ＬＥＤ（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。它具有如下特点： 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，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。 2） 效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。 3） 适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，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。 8） 价格：LED的价格比较昂贵，相较于白炽灯，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300～500只二极管构成。 由于光纤照明和LED灯的独特优点，它们已广泛地应用于各种场合，并在不断地推广中。现将目前国内应用情况和场合简述如下：一、光纤照明由于光纤照明具有的许多特点，使得它的应用很广泛，现根据不同的使用地点和产生的效果对其典型应用进行分析说明。 1）、电视会议桌面照明 采用端发光系统，配置聚光透镜型发光终端附件由顶部垂直照射，在桌面形成点状光斑，适合与会人员读写而又不影响幻灯投影讲解的进行（在一般照明灯具关闭或亮度调低的情况下）。 2）、置于顶部较高、难以维护或无法承重的场所的效果照明 将端发光系统用于酒店大堂高大穹顶的满天星造型，配以发散光透镜型水晶尾件和旋转式玻璃色盘，可形成星星闪闪发光的动态效果，非一般照明系统可比拟。 3）、建筑物室外公共区域的引导性照明 采用落地管式（线发光）系统或地埋点阵指引式 （端发光）系统用于标志照明，同一般照明方式相比减少了光源维护的工作量，且无漏电危险。 4）、室外喷泉水下照明 采用端发光系统，配置水下型终端，用于室外喷泉水下照明，且可由音响系统输出的音频信号同步控制光亮输出和光色变换。其照明效果及安全性好于普通的低压水下照明系统，并易于维护，无漏电危险。 5）、建筑物轮廓照明及立面照明 采用线发光系统与端发光系统相结合的方式，进行建筑物轮廓及立面照明。其施工方便，安装周期短，具有较强的时效性，且能够重复使用，节省投资。 6）、建筑物、文物局部照明 采用端发光系统，配置聚光透镜型或发散光透镜型发光终端附件用于室内局部照明。如博物馆内对温湿度及紫外线、红外线有特殊控制要求的丝织品文物、绘画文物或印刷品文物的局部照明，均采用光纤照明系统。 7）、灯箱、广告牌照明 线发光光纤柔软易折不易碎，易被加工成不同的图案，无电击危险，无需高压变压器,可自动变换光色,并且施工安装方便,能够重复使用.因此,常被用于设置在建筑物上的广告牌照明.同传统的霓虹灯相比,光纤照明具有明显的使用性能优势。 二、LED的应用领域 1）、信号指示应用:信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。 2）、显示应用: 指示牌、广告牌、大屏幕显示等， LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%—25%，显示屏幕可分为单色和彩色。 3）、照明应用: ①便携灯具: 手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等； ②汽车用灯: 高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等， 大功率的LED已被大量用于汽车照明中。 ③特殊照明: 太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等； 由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。 ④背光照明: 普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等， LED作为手机显示的背光源是LED应用最广泛的领域。 ⑤投影光源: 投影仪用RGB光源； ⑥普通照明:各类通用照明灯具、照明光源等； 三、光纤照明和LED的照明效果比较 虽然光纤照明和LED各具特点，应用领域有所重叠，但是效果还是有各自特色的。 优秀的光纤照明极具个性化色彩，能够满足人们对光环境的不同需求。装饰效果美仑美奂，十二星座、满天星空，让你感觉到夜晚的静谧和浪漫；流动的光纤瀑布使人想起“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的经典场面；光纤三维立体镜的随意，斑斑驳驳，如桂雨临凡，时时挑动着人的好奇；光纤垂帘摇曳生姿、清新淡雅，仿佛让人回到“帘卷西风”的意境。凝眸窗外星空，光点闪烁，触手可及，令人喜上眉梢；举手摘星，却是光纤拉网屏风。光纤照明可以和人以及周围的环境共生，甚至可以达到人光合一、情境合一的境界。 而随着各种色彩的LED的开发和成熟，供消遣使用的单色LED制造色彩变幻效果的技术也越来越成熟。为了改换色彩，系统一般是使用红、绿和蓝光LED（RGB）作为单色光源，再利用被称为“增色”的技术来制造最终所需的色彩。 但是在光的表现手法上，任何其他的照明方式都无法与光纤照明相比拟的。所以，在发展趋势上，光纤照明仍然占具主导地位。 四、光纤照明和LED照明的市场比较 由于光纤照明和LED照明有本质上的区别，而且表现效果也各有千秋，因此在销售市场也各有偏重。 尽管光纤照明现在在照明行业所占有的市场份额比重不是太多，但却是成正比的加速增长。在每年的美国照明商品展览会上持续引起参观人员的关注，特别是对用通常灯有不方便的场所更是如此。如很难接近或者需要光电分离的场所，使用光纤照明系统是最有利的。根据光纤照明的特点,光纤照明的销售市场主要面对装饰照明、娱乐灯光、艺术照明以及特殊照明。 LED作为一种新型的光源，从目前的发展趋势和在绿色照明的概念下，近年来LED的灯具产品开发的种类越来越多，市场份额也在增长。但是，由于大功率LED的技术还没有成熟和白光LED的成本不能有效的降下来，所以LED灯具在照明领域不能有效的拓展。来源:国际照明与灯饰
改善散热结构提升白光LED使用寿命
过去LED业者为了获利充分的白光LED光束，曾经开发大尺寸LED芯片试图藉此方式达成预期目标，不过实际上白光LED的施加电力持续超过1W以上时光束反而会下降，发光效率则相对降低20～30％，换句话说白光LED的亮度如果要比传统LED大数倍，消费电力特性希望超越荧光灯的话，就必需先克服下列的四大课题，包括，抑制温升、确保使用寿命、改善发光效率，以及发光特性均等化。有关温升问题具体方法是降低封装的热阻抗；维持LED的使用寿命具体方法，是改善芯片外形、采用小型芯片；改善LED的发光效率具体方法是改善芯片结构、采用小型芯片；至于发光特性均匀化具体方法是LED的改善封装方法，而这些方法已经陆续被开发中。解决封装的散热问题才是根本方法由于增加电力反而会造成封装的热阻抗急遽降至10K/W以下，因此国外业者曾经开发耐高温白光LED试图藉此改善上述问题，然而实际上大功率LED的发热量却比小功率LED高数十倍以上，而且温升还会使发光效率大幅下跌，即使封装技术允许高热量，不过LED芯片的接合温度却有可能超过容许值，最后业者终于领悟到解决封装的散热问题才是根本方法。有关LED的使用寿命，例如改用硅质封装材料与陶瓷封装材料，能使LED的使用寿命提高一位数，尤其是白光LED的发光频谱含有波长低于450nm短波长光线，传统环氧树脂封装材料极易被短波长光线破坏，高功率白光LED的大光量更加速封装材料的劣化，根据业者测试结果显示连续点灯不到一万小时，高功率白光LED的亮度已经降低一半以上，根本无法满足照明光源长寿命的基本要求。有关LED的发光效率，改善芯片结构与封装结构，都可以达到与低功率白光LED相同水平，主要原因是电流密度提高2倍以上时，不但不容易从大型芯片取出光线，结果反而会造成发光效率不如低功率白光LED的窘境，如果改善芯片的电极构造，理论上就可以解决上述取光问题。设法减少热阻抗、改善散热问题有关发光特性均匀性，一般认为只要改善白光LED的荧光体材料浓度均匀性与荧光体的制作技术，应该可以克服上述困扰。如上所述提高施加电力的同时，必需设法减少热阻抗、改善散热问题，具体内容分别是：降低芯片到封装的热阻抗、抑制封装至印刷电路基板的热阻抗、提高芯片的散热顺畅性。为了要降低热阻抗，许多国外LED厂商将LED芯片设在铜与陶瓷材料制成的散热鳍片（heat sink）表面，接着再用焊接方式将印刷电路板上散热用导线，连接到利用冷却风扇强制空冷的散热鳍片上，根据德国OSRAM Opto Semiconductors Gmb实验结果证实，上述结构的LED芯片到焊接点的热阻抗可以降低9K/W，大约是传统LED的1/6左右，封装后的LED施加2W的电力时，LED芯片的接合温度比焊接点高18K，即使印刷电路板温度上升到500C，接合温度顶多只有700C左右；相较之下以往热阻抗一旦降低的话，LED芯片的接合温度就会受到印刷电路板温度的影响，如此一来必需设法降低LED芯片的温度，换句话说降低LED芯片到焊接点的热阻抗，可以有效减轻LED芯片降温作业的负担。反过来说即使白光LED具备抑制热阻抗的结构，如果热量无法从封装传导到印刷电路板的话，LED温度上升的结果发光效率会急遽下跌，因此松下电工开发印刷电路板与封装一体化技术，该公司将1mm正方的蓝光LED以flip chip方式封装在陶瓷基板上，接着再将陶瓷基板粘贴在铜质印刷电路板表面，根据松下表示包含印刷电路板在内模块整体的热阻抗大约是15K/W左右。各业者展现散热设计功力由于散热鳍片与印刷电路板之间的密着性直接左右热传导效果，因此印刷电路板的设计变得非常复杂，有鉴于此美国Lumileds与日本CITIZEN等照明设备、LED封装厂商，相继开发高功率LED用简易散热技术，CITIZEN在2004年开始样品出货的白光LED封装，不需要特殊接合技术也能够将厚约2～3mm散热鳍片的热量直接排放到外部，根据该CITIZEN表示虽然LED芯片的接合点到散热鳍片的30K/W热阻抗比OSRAM的9K/W大，而且在一般环境下室温会使热阻抗增加1W左右，不过即使是传统印刷电路板无冷却风扇强制空冷状态下，该白光LED模块也可以连续点灯使用。Lumileds于2005年开始样品出货的高功率LED芯片，接合容许温度更高达+1850C，比其它公司同级产品高600C，利用传统RF4印刷电路板封装时，周围环境温度400C范围内可以输入相当于1.5W电力的电流（大约是400mA） 。所以Lumileds与CITIZEN使采取提高接合点容许温度，德国OSRAM公司则是将LED芯片设在散热鳍片表面，达成9K/W超低热阻抗记录，该记录比OSRAM过去开发同级品的热阻抗减少40％，值得一提是该LED模块封装时，采用与传统方法相同的flip chip方式，不过LED模块与热鳍片接合时，则选择最接近LED芯片发光层作为接合面，藉此使发光层的热量能够以最短距离传导排放。2003年东芝Lighting曾经在400mm正方的铝合金表面，铺设发光效率为60lm/W低热阻抗白光LED，无冷却风扇等特殊散热组件前提下，试作光束为300lm的LED模块，由于东芝Lighting拥有丰富的试作经验，因此该公司表示由于模拟分析技术的进步，2006年之后超过60lm/W的白光LED，都可以轻松利用灯具、框体提高热传导性，或是利用冷却风扇强制空冷方式设计照明设备的散热，不需要特殊散热技术的模块结构也能够使用白光LED。变更封装材抑制材质劣化与光线穿透率降低的速度有关LED的长寿化，目前LED厂商采取的对策是变更封装材料，同时将荧光材料分散在封装材料内，尤其是硅质封装材料比传统蓝光、近紫外光LED芯片上方环氧树脂封装材料，可以更有效抑制材质劣化与光线穿透率降低的速度。由于环氧树脂吸收波长为400～450nm的光线的百分比高达45％，硅质封装材料则低于1％，辉度减半的时间环氧树脂不到一万小时，硅质封装材料可以延长到四万小时左右，几乎与照明设备的设计寿命相同，这意味着照明设备使用期间不需更换白光LED。不过硅质树脂属于高弹性柔软材料，加工上必需使用不会刮伤硅质树脂表面的制作技术，此外制程上硅质树脂极易附着粉屑，因此未来必需开发可以改善表面特性的技术。虽然硅质封装材料可以确保LED四万小时的使用寿命，然而照明设备业者却出现不同的看法，主要争论是传统白炽灯与荧光灯的使用寿命，被定义成「亮度降至30％以下」，亮度减半时间为四万小时的LED，若换算成亮度降至30％以下的话，大约只剩二万小时左右。目前有两种延长组件使用寿命的对策，分别是，抑制白光LED整体的温升，和停止使用树脂封装方式。一般认为如果彻底执行以上两项延寿对策，可以达成亮度30％四万小时的要求。抑制白光LED温升可以采用冷却LED封装印刷电路板的方法，主要原因是封装树脂高温状态下，加上强光照射会快速劣化，依照阿雷纽斯法则温度降低100C寿命会延长2倍。停止使用树脂封装可以彻底消灭劣化因素，因为LED产生的光线在封装树脂内反射，如果使用可以改变芯片侧面光线行进方向的树脂材质反射板，由于反射板会吸收光线，所以光线的取出量会急遽锐减，这也是LED厂商一致采用陶瓷系与金属系封装材料主要原因。来源：LED导航网
造成LED灯带假死3种不良原因及对策
LED灯带在生产过程中会出现LED假死现象（即LED不亮），此种现象在5050LED灯带中最容易出现。造成这一现象的原因有以下几点： 1、静电烧坏。因为LED是静电敏感元件，因此，如果在生产过程中对于静电防护工作没做好，就会因为静电而烧坏LED芯片，从而导致LED灯带的假死现象发生。防止这一现象发生的措施就是加强静电防护，凡是接触LED的员工，都必须要按照规定佩戴防静电手套、静电环，工具和仪器必须做好接地。 2、高温损坏。LED的耐高温性能并不好，因此，如果在生产和维修过程中对于LED的焊接温度和焊接时间没有控制好，就会因为超高温或者是持续高温而造成LED芯片损坏，导致LED灯带的假死现象。防止这一现象发生的措施为：做好回流焊和烙铁的温度管控，实行专人负责，专门档案管理；烙铁采用控温烙铁，有效防止烙铁高温烧坏LED芯片。 3、湿气在高温下爆裂。LED封装如果长期暴露在空气中会吸潮，使用前如果不经过除湿处理，在过回流焊时就会因为回流焊中温度过高、时间周期长而导致LED封装中的湿气受热膨胀，引起LED封装爆裂，从而间接导致LED芯片过热而损坏。解决办法：LED的储存环境要恒温恒湿，未使用完的LED在下次使用前一定要置于80°左右的烘箱中烘烤6~8小时进行除湿处理，以保证使用的LED均不会有吸潮现象。
光度学的几个基本概念（一）
0、前言 经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？ 本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。 光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。 1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。 定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)， 解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。 现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。 之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。 用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。 之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。特别的说，距离1m的lx就是cd值。但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则I值马上增大许多。因此，很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。 以上我们说“亮”和“亮度”时带了引号，是因为这是我们常规说的亮度，并非光度学严格意义上的亮度，这一单位后面会展开。 常见光源发光强度（cd）： 太阳，2.8E27 高亮手电，10000 5mm超高亮LED，15 2、光通量（F，Flux），单位流明，即lm。 定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量 解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多 对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =12.56 lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。 要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。 人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。 至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。 常见发光的大致效率（流明/瓦） 白炽灯，15 白色LED，20 日光灯，50 太阳，94 钠灯，120 来源：手电专卖区
2008年5月25日星期日
浅谈LED产品老化
我们在应用LED时经常会出现这样种问题，LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。引起这种现象的原因大致有：
1．应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95％以上是封装过程造成。 2．LED本身质量或生产制程造成。
预防方法有： 1.做好焊接制程的控制。 2.对产品进行老化测试。
老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节，但在很多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策，以此来提高产品的可靠性，但这种方法并不是必需的，毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。
LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是交流或脉动电流。交流或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最符合LED电流工作特征，是最科学的LED老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量预期寿命，并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。
来源：中国半导体照明网
LED光谱测量中的问题分析
今年是发光二极管（LED）诞生40周年，但只有到5年前白光LED开发成功后，对LED进行光谱测量才提上日程。迄今，白光LED的法向发光强度已达10cd以上，光效已超过25lm/W［1］。由于它具有10万小时的寿命，微秒级的响应时间，光效已超过白炽灯；并且体积小，结构牢固。所以继卤钨灯、荧光灯之后，它成为第三代照明光源的趋势已成为必然。目前白光LED的制造途径主要有三种： （１）利用InGaN/GaN兰光芯片，结合激发光为黄光的荧光物质YAG复合成白光； （２）利用红、绿、兰三基色通过各自比例的调整，复合成白光； （３）在ZnSe单晶基板上形成ZnCdSe薄膜，通电后薄膜发兰光，它与基板产生连锁反应发出黄光，复合成白光。故各种白光LED离开等能白的色品坐标，即WE（0.3333，0.3333）的差距各不相同，从而对应的色温、色纯度和显色指数等参数也各不相同，所以对它进行光谱量测量的重要性不言而喻。准确测试LED各类光电参数对改善LED的性能作用颇大，其中光谱量的测试基本上有三种方法， 一是把测量光用若干块不同波长的带通滤光片过滤后到达光探测器，光探测器一般用光电倍增管和硅光电二极管。 二是把测量光经衍射光栅分光后到达线阵CCD电荷耦合器件。 三是用单色仪分光后进行测量。前面两种方法主要用于便携式光谱测试仪对LED进行多参数一次性快速测量，用同一结构配置的硬件测量多个参数必然降低测量精度，后一种方法计量部门运用较多，能得到高精度的测量值，但测量时间较长。对单色LED主要测定其峰值波长和半宽度（FWHM），对白色LED主要测定其相对功率分布，从而推导出其色品坐标，主波长、色温、色纯度和显色指数等参数，所以是光谱量测量的重点对象。
LED与传统光源相比的显著特性
LED（Light Emitting Diode）是半导体发光器件，能让通过很小的电流几乎全部转化成可见光。 高光效 LED光效达50～200流明/瓦，光谱窄，单色性好，几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。 高节能 具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个10～12瓦的LED光源发出的光能与一个35～150瓦的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果LED比传统光源节能80%～90%。 光色多 可以选择白色或彩色光，红色、黄色、蓝色、绿色、黄绿色、橙红色等，并可根据需要制造出多色组合和循环变色的艳丽灯饰。 安全性高 LED光源使用低电压驱动, 发光稳定，无污染，没有50HZ，没有频闪，没有紫外线B波段，表色／颜体 Ra值接近100，色温5000K，最接近太阳色温5500K。设计形状的多样性 国产LED光源由许多单个LED发光管组合而成的，超宇公司生产的LED光源是芯片光源，因而比其他光源可做成更多的形状，更容易针对用户的情况，设计光源的形状和尺寸。 寿命长 LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，光源寿命在2万小时以上，按每天工作12小时寿命也在5年以上，维护费用低。 快速响应 LED发光管响应时间很短，能按要求保证多个光源之间或一个光源不同区域之间的工作切换。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。 灯具结构合理 LED灯具将彻底改变灯具的结构，根据不同的专业使用要求，LED灯具的结构在提高初始亮度的条件下，经过稀土再次提高亮度，经过光学镜片的提高，其发光亮度得到再提高。 运行成本低 其他光源不仅耗电是LED光源的2~10倍，而且几乎每月都要更换一些，浪费了维修工程师许多宝贵的时间。而且投入使用的光源越多，在器件更换和人工方面的花费就越大，初次投资的节省很快会被日常的维护、维修费用抵消。因此选用使用寿命长的LED光源从长远看是很经济的。
采用IR2167的双灯并联应用电路
1、 电路的主要技术特点 ①
可驱动2×36W/T8或2×32W/T8灯管。 ② 可在1只灯管和2只灯管的工作条件下工作。 ③ 交流输入电压范围宽：90~250V。 ④
高功率因数和低总谐波失真。 ⑤ 灯电路故障保护。 ⑥ 灯丝预热。 ⑦ 灯电路点火失败保护。 ⑧ 电源电压过低保护。 ⑨ 灯电路过热保护。 ⑩ 灯管寿命终止保护。
2、
采用IR2167的双灯并联应用电路采用IR2167的双灯并联应用电路原理如图1所示，电路的性能指标如表1所示，电路的故障保护特性如表2所示，电路元件如表3所示，有关电感制作相关参数如图2所示、图3所示。
可驱动2×36W/T8或2×32W/T8灯管。 ② 可在1只灯管和2只灯管的工作条件下工作。 ③ 交流输入电压范围宽：90~250V。 ④
高功率因数和低总谐波失真。 ⑤ 灯电路故障保护。 ⑥ 灯丝预热。 ⑦ 灯电路点火失败保护。 ⑧ 电源电压过低保护。 ⑨ 灯电路过热保护。 ⑩ 灯管寿命终止保护。
2、
采用IR2167的双灯并联应用电路采用IR2167的双灯并联应用电路原理如图1所示，电路的性能指标如表1所示，电路的故障保护特性如表2所示，电路元件如表3所示，有关电感制作相关参数如图2所示、图3所示。
2008年5月24日星期六
LED结温产生的原因及对策
1、什麼是LED的结温？LED的基本结构是一个半导体的P—N结。实验指出，当电流流过LED元件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。 2、产生LED结温的原因有哪些？在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升：a、元件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，这些电阻相互垒加，构成LED元件的串联电阻。当电流流过P—N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。b、由于P—N结不可能极端完美，元件的注人效率不会达到100％，也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷(空穴)外，N区也会向P区注人电荷(电子)，一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。c、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射係数，致使芯片内部产生的极大部分光子(90％)无法顺利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。d、显然，LED元件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。由于环氧胶是低热导材料，因此P—N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层，PCB与热沉向下发散。显然，相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率。一个普通型的LED，从P—N结区到环境温度的总热阻在300到600℃／w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED元件，其总热阻约为15到30℃／w。巨大的热阻差异表明普通型LED元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。 3、降低LED结温的途径有哪些？a、减少LED本身的热阻；b、良好的二次散热机构；c、减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；d、控制额定输入功率;e、降低环境温度 LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其餘部分最终均变成了热，从而抬升了元件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。
关于锂电池的知识
二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体. 2. 可制成薄型电池:以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm. 3. 电池可设计成多种形状 4. 电池可弯曲变形:高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压. 7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以0.2C放至3.0V/支后 1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少? 自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力.一般而言,自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一.一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45.电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象.IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后,在温度为20度湿度为65%条件下,开路搁置28天,0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标. 与其它充电电池系统相比,含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低,在25下大约为10%/月. 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液. 环境温度对电池性能有何影响? 在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏.如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降.如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响.但温度太高,超过45,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应 过充电的控制方法有哪些?为了防止电池过充,需要对充电终点进行控制,当电池充满时,会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点.一般有以下六种方法来防止电池被过充: 1. 峰值电压控制:通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点; 2. dT/dt控制:通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点; 3. T控制:电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大; 4. -V控制:当电池充满电达到一峰值电压后,电压会下降一定的值 5. 计时控制:通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制; 6. TCO控制:考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高60时应当停止充电. 什么是过充电对电池性能有何影响? 过充电是指电池经一定充电过程充满电后,再继续充电的行为. 由于在设计时,负极容量比正极容量要高,因此,正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合.故一般情况下,电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形,漏液,等不良现象.同时,其电性能也会显着降低. 什么是过放电对电池性能有何影响? 电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压.0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大.一般而言,过放电会使电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减. 不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题? 如果将不同容量或新旧电池混在一起使用,有可能出现漏液,零电压等现象.这是由于充电过程中,容量差异导致充电时有些电池被过充,有些电池未充满电,放电时有容量高的电池未放完电,而容量低的则被过放.如此恶性循环,电池受到损害而漏液或低(零)电压. 什么是电池的爆炸怎样预防电池爆炸?电池内的任何部分的固态物质瞬间排出,被推至离电池25cm以上的距离,称为爆炸.判别电池爆炸与否,采用下述条件实验.将一网罩住实验电池,电池居于正中,距网罩任何一边为25cm.网的密度为6-7根/cm,网线采用直径为0.25mm的软铝线,如果实验无固体部分通过网罩,证明该电池未发生爆炸. 锂电池串联问题 由于电池在生产过程中,从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序.即使经过严格的检测程序,使每组电源的电压、电阻、容量一致,但使用一段时间,也会产生这样或那样的差异.如同一位母亲生的双胞胎,刚生下时可能长得一模一样,做为母亲都很难分辨.然而,在两个孩子不断成长时,就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样.使用一段时间产生差异后,采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的,如一个36V的电池堆,必须用10只电池串联.整体的充电控制电压是42V,而放电控制电压是26V.用整体电压控制方式,初始使用阶段由于电池一致性特别好,也许不会出现什么问题.在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动,形成不一致的状态,(不一致是绝对的,一致性是相对的)这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的.例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V,四只电池的电压是3.2V,四只是3.4V,现在的整体电压是32V,我们让它继续放电一直工作到26V.这样,那两只2.8V的电池就低于2.6V 处于了过放状态.锂电池几次过放就等于报废.反之,用整体电压控制充电的方式进行充电,也会出现过充的状况.比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电.整体电压达到42V时,那两只2.8V的电池处于\"饥饿\"的状态,而迅速吸收电量,就会超过4.2V,而过充的超过4.2V的电池,不仅由于电压过高产生报废,甚至还会发生危险,这就是锂动力电池的特性. 锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V).充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V.不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻略大,其放电曲线也略有差别,如图1所示.一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池.现在使用的大部分是4.2V的,锂离子电池的终止放电电压为 2.5V~2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同).低于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害. 便携式电子产品以电池作为电源.随着便携式产品的迅猛发展,各种电池的用量大增,并且开发出许多新型电池.除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外,还有近年来开发的锂电池.本文主要介绍有关锂电池的基本知识.这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等. 锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属,在金属中是最轻的.它除了应用于原子能工业外,可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池.在锂电池中它用作电池的阳极. 锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类.不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差).而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池).它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特点. 灵巧型便携式电子产品要求尺寸孝重量轻,但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的.例如,想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”,而今天的手机是如此的轻巧.其中电池的改进是起了重要作用的:过去是镍镉电池,现在是锂离子电池. 锂电池的最大特点是比能量高.什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量.比能量用Wh/kg或Wh/L来表示.Wh是能量的单位,W是瓦、h 是小时;kg是千克(重量单位),L是升(体积单位).这里举一个例来说明:5号镍镉电池的额定电压为12V,其容量为800mAh,则其能量为 096Wh(12V×08Ah).同样尺寸的5号锂-二氧化锰电池的额定电压为3V,其容量为1200mAh,则其能量为36Wh.这两种电池的体积是相同的,则锂-二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍! 一节5号镍镉电池约重23g,而一节5号锂-二氧化锰电池约重18g.一节锂-二氧化锰电池为3V,而两节镍镉电池才24V.所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减孝重量减轻),并且电池的工作寿命长. 另外,锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点. 锂电池的缺点是价格昂贵,所以目前尚不能普遍应用,主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等.随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加,锂电池的价格将会不断地下降,应用上也会更普遍. 不可充电的锂电池 不可充电的锂电池有多种,目前常用的有锂-二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池.本文仅介绍前两种最常用的. 1、锂-二氧化锰电池(LiMnO2) 锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极,并采用有机电解液的一次性电池.该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2 倍);终止放电电压为2V;比能量大(见上面举的例子);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%);工作温度范围-20℃~+60℃. 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式).圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸.这里列举大家较熟悉的1#(尺寸代码D)、2#(尺寸代码C)及5#(尺寸代码AA)电池的主要参数. CR表示为圆柱形锂-二氧化锰电池;五位数字中,前两位表示电池的直径,后三位表示带一位小数的高度.例如,CR14505,其直径为14mm,高度为505mm(这种型号是通用的). 这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有些差别.另外,标准放电电流值是较小的,实际放电电流可以大于标准放电电流,并且连续放电及脉冲放电的允许放电电流也不同,由电池厂提供有关数据.例如,力兴电源公司生产的CR14505给出最大连续放电电流为1000mA,最大脉冲放电电流可达 2500mA. 照相机中用的锂电池多半是锂-二氧化锰电池.这里将照相机中常用的锂-二氧化锰电池列入表2,供参考. 纽扣式(扣式)电池尺寸较小,其直径为125~245mm,高度为16~50mm.几种较常用的扣式电池如表3所示. CR为圆柱形锂-二氧化锰电池,后四位数字中前两位为电池的直径尺寸,后两位为带小数点的高度尺寸.例如,CR1220的直径为125mm(不包括小数点后的数),其高度为20mm.这种型号表示方法是国际通用的. 这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等. 2、锂-亚硫酰氯电池(LiSOCl2) 锂-亚硫酰氯电池是比能量最高的一种,目前可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平.它的额定电压是36V,以中等电流放电时具有极其平坦的 34V放电特性(可在90%容量范围内平坦地放电,保持不大的变化).电池可以在-40℃~+85℃范围内工作,但在-40℃时的容量约为常温容量的 50%.自放电率低(年自放电率≤1%)、储存寿命长达10年以上. 以1#(尺寸代码D)镍镉电池与1#锂-亚硫酰氯电池的比能量作一个比较:1#镍镉电池的额定电压为12V,容量为5000mAh;1#锂-亚硫酰氯的额定电压为36V,容量为10000mAh,则后者的比能量比前者大6倍! 应用注意事项 上述两种锂电池是一次性电池,不可充电(充电时有危险!);电池正负极之间不可短路;不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电);电池使用至终止放电电压时,应从电子产品中及时取出;用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸;不可超过规定温度范围使用. 由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池,使用时不要搞错以免损坏电路.通过熟悉型号中的CR、ER就可以知道它的种类及额定电压.在购买新电池时,一定要按原来的型号来买,否则会影响电子产品性能.
选择最合适LED驱动器，满足从背光到更多元化应用需求
随着 LED正从手机背光走向更多元化应用，在为大量模拟和电源管理芯片厂商带来商机的同时，也对LED驱动器带来了更严格的要求，如更高效率，更高集成度，更小封装和更大电流。如何为不同应用选择最合适的LED驱动器呢？启攀微电子、飞兆半导体、美国国家半导体、Leadis和Zetex等LED供应商都给出了专业的意见。 LED应用从手机背光走向更多元化 目前手机按键与面板背光仍是LED驱动IC的主要应用市场，但手机相机闪光灯、车灯和消费类电子产品背光(MP3播放器、PDA、游戏机、数字相机、LCD TV)市场增长迅速，而通用照明则是更长远也是更广阔的市场。 吕成昌，市场总监，上海启攀微电子 LED背光也在从小尺寸显示屏向中大尺寸发展。上海启攀微电子市场总监吕成昌表示，2005~2007年，LED背光在手持多媒体设备中得到了广泛应用，从2008年开始中小屏(4~10英寸)将大比例使用LED背光，而10-17寸屏(主要为显示器和笔记本电脑等)也将开始全面导入。随着LED耗电降低、寿命长、无汞环保等特点被进一步地认知，LED发光效率不断提高及成本下降，LED背光在中大屏LCD TV上的广泛应用也将会到来。 吴志民亚太区电源管理产品市场营销经理美国国家半导体 美国国家半导体亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民也指出，由于LED背光灯的功耗较低，而且可以令画面色彩更为亮丽，因此越来越多笔记本电脑及液晶电视放弃采用CCFL，改用LED背光，CCFL最终会被市场淘汰。吴志民还补充说，小屏显示器的背光技术也有突破性的发展。由于画面清晰的智能手机大受市场欢迎，因此国半LP5520红绿蓝光LED驱动器的市场需求也大增。这款芯片除了可以在广阔的温度范围内输出真正的白光之外，还可利用内置校准存储器及外置温度传感器调整红绿蓝LED的驱动电流，确保在任何亮度或温度之下，白光平衡都能达到完美的效果。 黄广贤亚太区技术营销部总监飞兆半导体飞兆半导体亚太区技术营销部总监黄广贤则认为，触摸控制也将推动LED背光应用。苹果iPhone首开电容触摸式控制之先河，许多手机厂商随之效仿，也纷纷采用触摸屏或电容式触摸键盘。双功能性控制键就是这种界面技术的受益者，数字键区可以摇身一变为MP3播放器或网络浏览的控制键。但黄广贤解释说，这带来了一个新挑战，每一个控制均分别需要独立的背光照明，而采用单独的白光LED串无法完全满足键区照明需求。此外，不同的应用可能需要不同的背光颜色。最终结果很可能是分别独立控制的12个三色LED的背光。对半导体公司而言，挑战在于提供能够完成这一任务并仍然保持较小封装尺寸的驱动器，飞兆正在开发能够满足这一新兴市场要求的LED驱动器。 Donato Montanar副总裁Leadis 除了背光外，由于照相手机普及，闪光LED驱动器市场也在不断增长。立迪思(Leadis)公司负责LED驱动器及电源管理芯片的副总裁杜胜涛表示，2008年相机闪光灯市场将是我们专注的一个市场。由于视频在用户生活中的重要性日益上升，相机闪光灯LED驱动器面临的新挑战是所谓的闪光或视频模式，驱动器必须维持闪光灯每次能亮几秒钟。这需要采用效率极高的LED驱动器，也是我们的技术和IP所在。 Manson Chan技术营销总监Zetex公司 LED的另一应用热点是通用照明系统及汽车灯光系统，预计未来几年这方面的市场需求将会有可观的增长。Zetex公司技术营销总监Manson Chan介绍说，通用照明当前是热门话题，其中的一个推动因素是高亮度(HB)LED技术的发展。例如每瓦100流明的高效率LED，已于2007年末开始出货。同时，单裸片高亮度LED也已上市了。这些LED满足许多通用照明应用的需求，可以代替白炽灯泡和紧凑型荧光灯。亮度、能效和长寿命，使得LED成为通用照明的理想光源。MR16 LED替换灯泡2007年开始成为热门应用，即LED取代广泛用于商业与家庭环境的传统卤钨灯。除了MR16，LED路灯也开始在市场上出现。有些新款轿车采用了LED前灯。Manson Chan总结说：“实际上，LED应用是无限的”。 LED驱动器发展方向：更高集成和更高效率 随着应用从手机背光走向更多元化扩展，对LED驱动技术也带来了新的需求。启攀的吕成昌介绍说，随着LED背光应用从小、中小、中到大屏TFT-LCD，LED驱动技术方向为：调光方式的提升；丰富的接口技术的引入；LED的亮度和灰度的可调节(高亮度和高清晰屏将会得到应用)；动态背光控制技术的进一步发展；以及对环境光亮度的自适应调节和控制技术等。而对于LED 显示应用，LED驱动技术发展方向为：可编程的电流增益控制，能做到LED的动态亮度调节、IC通道间和模块LED的均匀性调整、对温度的补偿；在LED的校正和错误侦测方面，LED的开/短路的检测，实时的错误信息的反馈系统、LED像素点的校正功能、灰度的调节功能；视频显示的刷新率方面，要能支持快速的数据传输速率30M。 而目前专注于便携背光应用的Leadis则更多从器件本身来表述未来的技术变化。Leadis的杜胜涛表示，我们认为LED驱动器发展趋势是更小封装、更小占位面积和更高效率。另一个重要趋势与电池规格的变化有关，未来电池工作电压将降至2.3V，这将需要效率更高的驱动器。 飞兆的黄广贤也强调说，趋势就是LED驱动器的效率越来越高。飞兆最近新推出了FAN5617和FAN5645。通过飞兆专有的单线接口TinyWire来控制，FAN5617不需要时钟便可以每秒1Mb的速度传输数据，从而对LED的亮度进行编程控制。这种电荷泵DC/DC转换器有三种工作模式：分别是整个输入电压范围2.7V到5.5V的1倍、1.5倍和2倍。这种内置电荷泵具有自适应特性，无需LED预挑选(匹配)，并提供高输出效率。FAN5617能够提供高达90mA的总输出电流，每个通道30mA。FAN5645是单线可编程LED驱动器，可为闪烁LED指示器提供灵活紧凑的解决方案。该器件可记录闪光模式并无限期播放，无需系统处理器的持续控制。相比系统处理器mA级的功耗，FAN5645的耗电量相当小(典型值33μA)，能够显著节省电能及延长电池寿命。飞兆的新产品可以大大提高轻负荷条件下的效率，并在满负荷条件下提供出色的效率。 Zetex的Manson Chan则指出，在通用照明领域，提高电流将是发展趋势，同时LED驱动器必须高度集成，但是，难以同时实现这两点。Zetex理解这些要求，并推出了同时满足这两个要求的驱动器。例如，最近推出的高电压60V、1A LED驱动器，采用微型SOT23封装，最多可以驱动15个1A LED。这款IC只需要3个外部元件，最高效率可达95%。这是目前市场上最小的60V、1A驱动器IC。Zetex不久将推出一款1.5A的高度集成驱动器ZXLD1320，满足主要LED供应商最近推出的高电流LED的要求。 为不同应用选择LED驱动器：效率为先 由于LED应用市场巨大，大量的模拟和电源管理芯片涌入这一市场。如何为不同的应用选择最恰当的LED驱动器呢？多家受访的LED供应商表示，成本、集成度和效率关键几点，其中效率是最重要的。对于如何选择合适LED驱动器，以下是几家受访厂商的观点。 启攀微电子：三大系列满足移动多媒体设备背光需求 启攀微电子市场总监吕成昌：针对中小屏LED背光，启攀微电子已规模量产的LED背光驱动产品有三个系列，电感串联型、电荷泵并联型和低压降恒流型。该类产品已得到了国内和部分国际的移动多媒体设备厂家的认可，2007年的销售量约3,000万片。通过不断的技术积累，经大量的市场和用户需求调研后，再进行技术创新：1.针对电感串联型产品，由于开关节点和电感等容易产生噪声辐射及EMI，启攀公司提出了特有的开关管驱动技术，降低了开关过程对外的噪声辐射，将EMI干扰控制在可接受的范围内；2.针对电荷泵并联型产品，在如何提高电流的匹配度方面，启攀提出了专利技术-Auto Mirror即便在LED的Vf相差较大时，可提供0.5%的高精度电流匹配，依然可获得优越的性能；3.启攀公司贴近市场，为用户提供全面的解决方案和PCB的布局指导。 飞兆：先进工艺满足LED驱动器矛盾需求 飞兆半导体亚太区技术营销部总监黄广贤：LED驱动器有两种截然不同的配置结构，串联LED和并联LED。串行配置中存在的一大问题是如何为6个或更多串联的白光LED供电，这种应用的典型驱动器可提供30V到40V的电压。驱动器中FET的击穿电压必须高于这个值，但不幸的是，这通常意味着整个IC必须以40V工艺制造，从而使到芯片尺寸过大，成本亦因而高昂。飞兆已开发出在单个芯片上把用于控制逻辑的低压工艺和用于开关FET的高压工艺整合在一起的技术，因此能够提供足够的电压来驱动8个串联LED，同时仍保持很小的芯片尺寸，实现极富竞争力的价格。 LED驱动器的最大市场是电池供电产品，比如手机和MP3播放器。为这些产品选择LED驱动器时，效率是首要考虑因素之一。电感式升压调节器可提供最大效率，最佳应用是将电压提升到VF的两倍。因此，最高效的驱动器应该有多个通道，每个通道备有两个LED串。电荷泵的效率极低，因为LED的VF 可能远小于升压调节器的输出电压。多余的能量就在电流调节器中浪费了。如果电路设计不允许采用多个通道，退而求其次，可以选择电感式升压方案驱动LED串，也可以实现不错的效率。 国半：LED驱动器领头羊提供网上模拟测试工具 国半亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民：我们的LED驱动器全球销量第一，市场占有率高达14%，无论客户采用什么设计，都可以从中找到一款适用的驱动器芯片，满足独特的设计要求。除了传统的电感升压白光LED驱动器及开关电容白光LED驱动器之外，最近还推出多款全新的LED驱动器：LP5520——红绿蓝光背光驱动器；LP3943/4 ——装饰灯管理单元；LM3430+LM3431适用于20英寸大屏幕TFT显示器的高对比度背光系统解决方案；LM3401/2/4/5A——输入电压范围极广的高电流降压LED驱动器。 此外，我们也刚刚推出业界第一套适用于LED电路设计的网上模拟测试工具。这套称为 LED Webench 的模拟测试软件包含相关的设计工具，可以协助客户挑选元件，计算测试结果，以及分析波形。设计上，目前有多种不同方法可以驱动LED。其中一个方法是先确定LED的配置，然后利用国半Webench设计工具确定具体设计。任何人只要有一台可以上网的PC，便可随时利用Webench设计工具进行设计。只要输入LED配置及电压范围，这套工具便可为用户挑选最适用的一款国半驱动器。用户甚至可以在网上进行模拟测试，比较不同配置的优劣，然后再决定选用哪一个LED驱动方案。 LED背光系统涉及多种不同的复杂技术，例如，怎样才可减少驱动器数目？如何确保每一串LED的驱动电流都大小均匀？以及如何提高光暗的对比度？由于美国国家半导体能充分利用高电压工艺技术的优点，因此像LM3432这类驱动器可以利用高达80V的输入电压驱动一串LED，而且每颗LM3432芯片可以驱动高达6串共120个白光LED。厂商客户无需担心不同LED灯的颜色与亮度能否保持一致，因为我们保证无论在任何温度下，每一串LED灯的驱动电流都大小一致，偏差不会超过+/-2%。此外，LM3432芯片还采用已注册专利的快速调光技术，确保我们的厂商客户可以将对比度提高至4000:1。 一般照明系统的应用环境都极为复杂，而且不同环境的差异也很大，因此芯片商必须为这类应用提供输入电压范围较为广阔的解决方案。美国国家半导体的LM3404HV降压LED驱动器可以驱动高达18个串联一起的3W LED。 Leadis：无需要使用电感，降低成本和空间 Leadis副总裁杜胜涛：我们目前专注于便携背光应用，特别是需要2.8英寸以上屏的地方。我们LED驱动器的关键优势是效率非常高，也就是可以延长电池寿命。例如，在采用6个LED背光的手机中，我们可以比同类产品最多节省2小时的电池时间。我们将于春节后推出的新产品线主攻中低档手机(2.4英寸以下屏)。这是创新性的产品，效率在同类产品中率先达到了98%。 背光与闪光市场中出现的新技术，旨在实现不需要片上电感的高效率解决方案。电感成本高，而且占用的电路板空间也很大。因此，我们看到客户开始在设计中抛弃基于电感的驱动器，尤其是在尺寸非常小的手机中。Leadis的LED驱动器非常独特，效率很高，但又不需要在电路板上使用电感。 选择什么样的LED驱动器，首先取决于最终应用。如果最终应用是成本驱动型的，那么成本就是头号指标。成本不是指LED驱动器本身的成本，而是指系统成本，这是更重要的。例如，电感比电容昂贵，因此基于电感的方案的系统成本就高于基于电荷泵的系统成本。如果最终应用强调性能，那么效率(也就是电池寿命)就是关键考虑。 Zetex：优秀LED驱动器的标准是高效可靠 Zetex技术营销总监Manson Chan：我们供应多种LED驱动器产品，从工作电压低至0.8V的电筒LED驱动器、手持LCD背光驱动器，一直到电流高达1.5A的高功率高集成度LED驱动器。Zetex还提供采用小尺寸封装的60V高电压、高电流集成驱动器，以及灵活的LED控制器IC。这些产品覆盖从钥匙链LED电筒一直到通用照明的广泛应用，如MR16聚光灯，以及路灯等较大的照明设备。 我们产品有多项竞争优势：1.效率高，ZXLD1350、ZXLD1360和ZXLD1362等产品的效率高达95%。2.封装小，我们多数LED驱动器都采用业界标准的SOT23封装，占位面积只有3×3mm。3.大电流驱动能力，我们现有集成LED驱动器采用SOT23封装，可提供高达1A的电流。近期推出的新款驱动器可以提供1.5A的恒电流，采用小型的3×4mm封装。4.易于使用，许多用户喜欢简单的电路结构，以减少开发时间和电路板空间。我们的全部驱动器仅需要少量外部元件。ZXSC380是最简单的一款，只需要一个电感。所有这些电路都不需要外部回路补偿，在整个工作范围内都非常稳定。 良好的LED驱动器所应满足的要求非常简单，就是高效可靠。这听起来简单，但涉及许多考虑，尤其是在那些高功率LED应用方面。LED的预期寿命是3~5万小时，LED驱动器也要达到同样的预期寿命。每个LED照明设备设计师都知道，发热是最难解决的设计问题，所有的热量都需要“传导”出去。部分热量必然要传到驱动器。除了驱动器本身产生的热量以外，驱动器还需忍受LED产生的热量。因此，驱动器必须具有很高的效率，以最大限度地减少其自身产生的热量。同时，驱动器在多数情况下需要工作在高温环境之中。幸运的是，Zetex非常理解这些要求，我们所有的IC都能在这些环境中稳定可靠地工作，而且其寿命和LED一样长。 选择良好的LED驱动器并不十分困难。首先要考虑所需的LED电流与输入电压范围，然后决定需要开关驱动器还是线性驱动器。在多数情况下，开关驱动器更好，它们具有较高的效率。其次，要考虑驱动器在预期电路配置中所能达到的效率，看它是否满足用户要求。在选择驱动器时应该注意，良好的效率是由某些工作条件所决定的。如果空间局促，则必须采用高度集成的小封装驱动器。高开关频率可以帮助缩小外部元件尺寸，从而缩小总体空间。简单地说，选用Zetex的LED驱动器就能满足要求。来源：国际电子商情
如何买个好LED显示屏
这几年LED大屏幕的需求猛增，造成各种大小工厂雨后春笋般增长，刹那间各家都说自家好，客户难辨好丑，而且大都以价格为导向。但俗话说买家不如卖家精，大体上指买家如何精明去压价、去要求卖家，却还难以精明过卖家，让卖家占了便宜。结果就象五十万的宝马没买却买了三十万的捷达。 然而，做为一名有诚信的制造厂商，应该把行业内的重要资讯事先告诉买家，以供他们选择，不搞信息不对称。 LED全彩大屏幕经过这几年的发展，粗看似乎已为成熟产业，其实，无论是国内还是国外的厂商，仍是任重道远，特别是户外大屏幕，绝大部分产品经过两年的运行之后，就很难维持在用户的期望值之内了。 为什么会这样呢？ 这里首先有一个大误区，大部分人认为屏幕的主要材料LED、IC寿命均达到10万小时，按365天/年，24小时/天运行，使用寿命有11年多，所以大部分客户只关心用知名的LED和IC。其实这两样只是必要条件，而不是充分条件,因为红、绿、蓝三种灯管的合理使用，对显示屏更加重要，对于不同颜色的灯管，要使其工作在最佳状态，对于一个好的显示屏会更加重要。IC的合理调节，也有助于克服PCB的不合理布线问题。就好象一台汽车有了好的发动机和电路控制，不一定就能成为一台好的汽车。这里面的关键因素是这样的： 由于LED、IC属于半导体器件，它们对环境的使用条件要求挑剔，最好在室温25℃左右，其工作机理最好。但事实上一块户外大屏会应用在不同温度环境下，夏天可能在60℃以上，冬天可能在-20℃以下。当厂家生产产品时是以25℃为测试条件，把不同的产品分档分类，可事实运行的条件为60℃或者-20℃，这时LED、IC工作效率及表现不一致，可能原来属于一档的就会变成多档了，亮度就不一致，屏体也自然变花了。这是因为在不同的温度条件下，红、绿、蓝三种灯的亮度衰减和下降是不同的，在25℃时，其白平衡是正常的，但在60℃时，三种颜色的LED的亮度都有所下降，而且其衰减值不一致，所以会产生整屏亮度下降和偏色的现象，整屏的质量就会下降。而IC呢？IC的工作温度范围是在-40℃—85℃。由于外界温度过高而导致箱体内温度升高，如果箱内温度超过85℃，IC则会因为温度过高而导致工作不稳定，或温漂不同而产生通道间电流或片间差异过大而导致花屏。 同时，电源也十分重要，由于电源在不同的温度条件下，其工作稳定性、输出电压值和带负载能力也会有所不同，由于它担负着后勤保障作用，所以它的保障能力直接影响到屏的质量。 箱体设计对于显示屏也很重要，一方面是它的电路保护作用，另一方面是安全作用，同时还有防尘、防水作用。但更重要的是通风散热的热回路系统设计是否良好，随着开机时间的延长和外界温度的升高，元器件的热漂移也会增加，从而导致图像质量变差。 以上这些因素都是相互关联的，都会影响到显示屏的质量和寿命。所以客户在选屏时，也要全面观察分析，作出正确判断。 温度对于大屏的影响还不仅如此，假定客户购买了一块宽10米高6米（60平方米）的大屏，虽然总面积不大，但内部组成是各个单元箱，各单元箱之间的温度不一定均衡，箱体内温度也会受空气对流影响而温度不一致，导致单元箱体之间，或单元箱体内部的温度不一样，带来半导体器件工作效率不一致，从而表现为LED灯的发光亮度不一致，看起来“花”屏。别小看室外温度，大家只要想想夏天在汽车里可煮熟鸡蛋的例子可想而知了。何况LED显示屏要在夏日暴晒下仍要发光显示。（发出的光要强过太阳光才有效），其发光定会发热，这些都是影响因素。 和冷热温度作斗争的不仅脆弱娇气的LED、IC等半导体器件，还包括坚固的ABS、面罩、铁箱、连接件、各类焊接点，面罩在阳光暴晒下及低温刮冻的雨后湿气的多重夹击下，产生部分变形翘角多达2-3mm，另紫外照射也使面罩板颜色变化，这样在一年多种气候变化之下，观众所看到的面罩板本身会变色，有斑板，变形会挡遮发光管的发光角度产生光线暗区；变形还会影响到PCB板弯曲度，导致焊接点不牢靠，产生虚焊使得LED时亮时灭。且由于空气的湿气和氧化作用导致插接件氧化接触面减少，加上震动和变形的细微影响，插接件微米级的镀层没有形成紧接触，导致信号或电源中断，大屏出现故障。 变形和机械疲劳还会影响到铁箱和外框架，导致屏体凹凸不平，模组与铁箱不能紧配合，部分漏水等其他后果。 因此，要选择一块好的大屏，首行必须要选择好的灯管，经久耐用适应能力强，而且对其它材料和工艺考核绝对不可轻视，就如同汽车，几个人的修理厂，也可以拼凑一台汽车，几万人的工厂也是在组装一台汽车，可该车行驶的公里数和保障系数应该相差甚远了。户外屏的防水抗变形、加工工艺和关键配件一样，失之毫厘，差之千里。 除了要考虑LED、IC等主要元件的质量外，和卖家的事前沟通也非常重要。它不但直接影响整个工程项目的质量、成败，还常常能让用户更加合理的分配投入的资源，避免不必要的浪费、损失和隐患，甚至增加可观的收益。 厂家也应该主动为用户就实际需求和可操作性等提供模拟方案或更佳建议方案，帮助客户合理分析、规划，做出最具性价比的方案，才能成为用户可信赖的合作伙伴。沟通事项大体包括以下几点： 1、清晰自己的需求、投入预算及预期的最佳效果； 2、详实地表明对项目的需求及至将来的发展规划，要求卖家提供最佳实施方案，甚至项目的可拓展功能及拓展预算、计划，以避免因项目不适合日后的发展需求而造成不必要的资源浪费； 3、提供或要求厂家对项目安装及应用环境的分析数据，对可发性事件预测及提出预防、解决措施，进而对整个项目计划作出综合性评估； 4、不同的LED生产工艺、屏幕组装工艺、安装技术经验，将直接影响整个项目的工期、造价、安全性能、显示效果及质量、使用寿命和维护成本，因此事前必须从厂家或多方面了解、比较产品及项目各方面的性能特点，选择出最适合自己需求的方案； 5、了解厂家的实力、诚信，服务的内容及质量，这些都是项目能良好且长期合作的基础和保证。 明明白白去消费，轻轻松松来使用，祝愿每个需要用大屏幕的客户，都能买到一个自己满意的产品，也祝愿大屏幕显示行业在用户的不断要求下，去劣存优，达到一个更高的质量层次。来源：投影时代
利用电阻和晶体管来同步闪烁LED
无所不在的LED携其多种尺寸、颜色和输出流明值等，继续拓展其应用范围。其中，集成了内部振荡电路的闪烁LED在嵌入式应用上具有尺寸上的优势。但是设计一个需要多次闪烁LED却是十分困难的，因为每一个闪烁LED都是自动工作，而且是非同步闪烁。另外，闪烁LED要比不闪烁的LED贵一个数量级。
本文提出了一种经济地同步LED阵列的解决方法，该方法仅用两个附加的元器件(见图)代替标准LED。闪烁LED被用来设置
“被控”标准LED闪烁的频率。当闪烁LED导通时，晶体管通过47欧姆电阻感应通过它的电流。然后，晶体管的集电极电流驱动标准LED。
只要当晶体管集电极的电流在额定范围之内，这个设计就可以拓展。测试电路使用了17个“被控”LED加上1个闪烁LED。使用3伏电压时测到的最大集电极电流是155毫安。最后版本的电路板上表面贴装了一个晶体管和一个电阻器，它比标准LED占用更少空间。价格和小尺寸使这种电路非常适合用在嵌入式应用中，比如玩具和指示器等。
作者：Robert Most 来源：电子系统设计
本文提出了一种经济地同步LED阵列的解决方法，该方法仅用两个附加的元器件(见图)代替标准LED。闪烁LED被用来设置
“被控”标准LED闪烁的频率。当闪烁LED导通时，晶体管通过47欧姆电阻感应通过它的电流。然后，晶体管的集电极电流驱动标准LED。
只要当晶体管集电极的电流在额定范围之内，这个设计就可以拓展。测试电路使用了17个“被控”LED加上1个闪烁LED。使用3伏电压时测到的最大集电极电流是155毫安。最后版本的电路板上表面贴装了一个晶体管和一个电阻器，它比标准LED占用更少空间。价格和小尺寸使这种电路非常适合用在嵌入式应用中，比如玩具和指示器等。
作者：Robert Most 来源：电子系统设计
LED专业术语解释(二)：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。
2008年5月23日星期五
LED芯片结构重要专利
芯片结构重要专利 衬底技术领域重要专利 ELlSpacing=1 cellPadding=0 width="100%" bgColor=#666666 border=0 1 4/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-471316 [45] 2 12/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-058242 [05] 3 17/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-668694 [72] 4 18/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-652100 [70] 5 21/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-331789 [37] 6 24/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-239745 [29] 7 27/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-089759 [12] 8 29/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2001-259683 [27] 9 39/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2000-064719 [06] 10 40/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 2000-055564 [05] 11 48/66 - (C) WPI / DERWENT AN - 1999-363504 [31] 【申请号】 02802023 【发明名称】 获得整体单晶性含镓氮化物的方法及装置 【申请号】 200410002946 【发明名称】 制造第三族氮化物衬底的方法 外延部分重要专利 1 3/117 - (C) WPI / DERWENT US2003085409 NOVELTY 2 5/117 - (C) WPI / DERWENT JP2003086903 NOVELTY 3 7/117 - (C) WPI / DERWENT US2003015713 NOVELTY 4 10/117 - (C) WPI / DERWENT WO200297904 NOVELTY 5 11/117 - (C) WPI / DERWENT WO200289220 NOVELTY 6 27/117 - (C) WPI / DERWENT US2002008243 NOVELTY 7 28/117 - (C) WPI / DERWENT KR2001068216 NOVELTY 8 30/117 - (C) WPI / DERWENT EP1132977 NOVELTY 9 31/117 - (C) WPI / DERWENT TW442984 NOVELTY 10 33/117 - (C) WPI / DERWENT WO200169662 NOVELTY 11 43/117 - (C) WPI / DERWENT GB2352329 NOVELTY 12 72/117 - (A) WPI / DERWENT GB2320365 13 77/117 - (A) WPI / DERWENT GB2317053 14 79/117 - (A) WPI / DERWENT WO9750132 15 81/117 - (A) WPI / DERWENT US5684309 16 86/117 - (A) WPI / DERWENT EP772249 17 91/117 - (A) WPI / DERWENT EP-762516 18 109/117 - (B) WPI / DERWENT EP622858 19 10/117 - (C) WPI / DERWENT EP-599224 20 113/117 - (C) WPI / DERWENT EP-497350 21 114/117 - (C) WPI / DERWENT DE4006449 芯片结构部分重要专利 一、表面粗糙化： 1 1/6 - ( A ) WPI / DERWENT EP1271665 NOVELTY 2 3/6 - ( A ) WPI / DERWENT GB2311413 3 4/6 - ( A ) WPI / DERWENT DE19537544 4 6/6 - ( A ) WPI / DERWENT EP-404565 二、芯片外形： 5 1/21 - ( A ) WPI / DERWENT EP1331673 NOVELTY 6 4/21 - ( B ) WPI / DERWENT US2002017652 NOVELTY 7 5/21 - ( A ) WPI / DERWENT FR2809534 NOVELTY 8 7/21 - ( A ) WPI / DERWENT WO200205358 NOVELTY 9 9/21 - ( A ) WPI / DERWENT WO200203477 NOVELTY 10 10/21 - () WPI / DERWENT WO200161765 NOVELTY 11 15/21 - ( A ) WPI / DERWENT GB2326023 12 16/21 - ( A ) WPI / DERWENT EP-766324 三、衬底剥离： 13 1/15 - ( A ) WPI / DERWENT US2003032210 NOVELTY 14 3/15 - ( A ) WPI / DERWENT US2002034835 NOVELTY 15 4/15 - ( A ) WPI / DERWENT WO200219439 NOVELTY 16 5/15 - ( A ) WPI / DERWENT WO200182384 NOVELTY 17 7/15 - ( A ) WPI / DERWENT EP1065734 NOVELTY 18 8/15 - ( A ) WPI / DERWENT EP1059662 NOVELTY 19 9/15 - ( A ) WPI / DERWENT CN1262528 NOVELTY 20 10/15 - ( A ) WPI / DERWENT GB2346480 NOVELTY 21 11/15 - ( A ) WPI / DERWENT GB2346479 NOVELTY 四、划片、裂片： 22 1/19 - ( A ) WPI / DERWENT DE10102315 NOVELTY 23 3/19 - ( A ) WPI / DERWENT EP1223625 NOVELTY 24 4/19 - ( A ) WPI / DERWENT WO200256365 NOVELTY 25 8/19 - ( A ) WPI / DERWENT JP11251265 NOVELTY 26 9/19 - ( A ) WPI / DERWENT GB2322737 27 10/19 - ( A ) WPI / DERWENT WO9807190 28 14/19 - ( A ) WPI / DERWENT US5418190 29 17/19 - ( A ) WPI / DERWENT EP-341034 30 18/19 - ( A ) WPI / DERWENT DE3731312 五、电极 31 3/36 - ( A ) WPI / DERWENT US2002074556 NOVELTY 32 5/36 - ( A ) WPI / DERWENT DE10048196 NOVELTY 33 9/36 - ( A ) WPI / DERWENT EP1168460 NOVELTY 34 12/36 - ( A ) WPI / DERWENT DE10017758 NOVELTY 35 22/36 - ( A ) WPI / DERWENT WO9834285 36 23/36 - ( A ) WPI / DERWENT EP858114 37 27/36 - ( A ) WPI / DERWENT J09298313 38 30/36 - ( A ) WPI / DERWENT （ Ni/Au ） J09064337 39 35/36 - (C) WPI / DERWENT EP622858 40 36/36 - (C) WPI / DERWENT EP-579897 六、蚀刻 41 1/11 - ( A ) WPI / DERWENT US2003042496 NOVELTY 42 2/11 - ( A ) WPI / DERWENT WO200175952 NOVELTY 43 11/11 - ( A ) WPI / DERWENT 七、光子晶体 44 1/22 - ( A ) WPI / DERWENT JP2003215366 NOVELTY 45 2/22 - ( A ) WPI / DERWENT US2003053790 NOVELTY 46 13/22 - ( A ) WPI / DERWENT US6339030 NOVELTY 47 17/22 - ( A ) WPI / DERWENT JP2001091777 NOVELTY 48 19/22 - ( A ) WPI / DERWENT JP2000329953 NOVELTY 49 20/22 - ( A ) WPI / DERWENT AB - JP2000121987 NOVELTY 八、微结构 50 1/8 - ( A ) WPI / DERWENT WO200141219 NOVELTY 51 6/8 - ( A ) WPI / DERWENT WO9641372 九、钝化 52 1/10 - ( A )) WPI / DERWENT US2003025121 NOVELTY 53 6/10 - ( A ) WPI / DERWENT US6316820 NOVELTY封装部分重要专利 1 4878236 2 5012507 3 4935951 4 34677 5 5952916 6 5748706 7 628908B1 8 6009148 9 5952916 10 649611B1 11 6504908B1 12 6471373B1 13 6590235B2 14 6274924B1 15 6204523B1 16 0041222A1 17 0113244A1 18 6294800B1 19 0050371A1 20 2002/0003233A1 21 2001/0002049A1 22 6163038 23 6252254B1 24 6255670B1 25 2001/0001207A1 26 2003/0025212A1 27 2003/0133300A1 28 国内专利号码： 1 01144153.4 2 03203645.0 3 01278462.1 应用部分重要专利 1 1/680 (1/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-599625 [57] 2 2/680 (2/501 WPI) - (C) WPI / DERWEN T AN - 2003-593485 [56] 3 3/680 (3/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-583845 [55] 4 4/680 (4/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-563377 [53] 5 7/680 (7/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-527984 [50] 6 9/680 (9/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-509617 [48] 7 12/680 (12/501 WPI) - (C) WPI / DERWEN AN - 2003-499934 [47] 8 13/680 (13/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-452708 [43] 9 17/680 (17/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2003-377151 [36] 10 99/680 (99/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-286857 [33] 11 1 00/680 (100/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-284455 [33] 12 101/680 (101/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-272509 [32] 13 81/680 (81/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-406362 [44] 14 79/680 (79/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-418104 [45] 15 78/680 (78/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-418683 [45] 16 76/680 (76/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-482968 [52] 17 100/680 (100/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-284455 [33] 18 107/680 (107/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-233237 [29] 19 114/680 (114/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-210292 [27] 20 121/680 (121/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2002-161576 [21] 21 168/680 (168/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 2001-151142 [16] 22 176/680 (176/501 WPI) - (C) WPI / DERWEN T AN - 2000-675646 [66] 23 251/680 (251/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1999-138028 [12] 24 255/680 (255/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1999-052102 [05] 25 257/680 (257/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1998-605379 [51] 26 268/680 (268/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1998-380708 [33] 27 276/680 (276/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1998-236711 [21] 28 285/680 (285/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1998-097215 [09] 29 301/680 (301/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1997-386962 [36] 30 345/680 (345/501 WPI) - (C) WPI / DERWEN T AN - 1996-213024 [22] 31 370/680 (370/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1995-064865 [09] 32 376/680 (376/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1994-257830 [32] 33 379/680 (379/501 WPI) - (C) WPI / DERWENT AN - 1994-191785 [23]
高性能LED路灯照明系统重要技术及规格概述
节能环保当道，适逢LED照明产业兴起，大量科技公司投入此新兴产业。由于LED照明信赖性能标准未能实时订定规范，导致大量产品无法通过考验，严重光衰收场，实因无设计理论性研究为检视支柱，因而造成使用者疑虑，推迟了产业发展时机。谨此浅谈高性能LED路灯多项组件至灯具系统各项重要技术指针规格数据论述供参考。 1.）LED芯片封装组件发光效率关键技术指针： LED芯片封装组件关键技术，美、日厂商均已量产突破发光效率100~120 lm/W以上，超越传统最高效率的HID光源（发光效率90~110 lm/W），灯具照度提升至≧60 lm/W，满足道路照明寿命长光衰低符合国际标准平均照度达25~40Lux规格与节能50~80%需求。 2.）LED发光效率VS温升与寿命规格关键技术指针： 检视CREE或Osram的LED发布数据，其芯片PN结工作温度Tj＜85℃方能确保工作寿命达50000小时，且芯片PN结至本身导热片（Tjs）温升为ΔT＝6~15℃之间。另外LED光效率与工作温度成反比性能特性，每升高10℃导致光衰5~8%并且寿命减半的严重后果，与一般宣传LED可工作于100℃寿命可达10万小时以上的观念相去甚远。 3.）LED路灯系统热传散热VS环境温度关键技术指针： 灯具系统工作温度不得高于85-10=75℃，我国台湾地区工研院LED道路照明示范灯具规范规定耐久性试验环境温度为60℃因此路灯散热系统温升必须小于ΔT≦15℃，以台湾地区鑫源盛科技公司150WLED路灯为例热传散热系统温升测试低达ΔT≦12~15℃，计算其热阻值Tr=0.08~0.1℃/W，而一般设计系统温升测试ΔT≒30~40℃，计算其热阻值Tr=0.2~0.26℃/W，寿命将缩短2倍且光衰15%以上。另外以350W LED灯具测试其散热系统温升仍能达成ΔT＝15℃，热阻值Tr＝0.04℃/W优质产品。 4.）LED路灯系统热传散热方法关键技术： 电子机器设备热传散热方法有适用于小功率低阶自然散热方法，目前MR16/PAR30由3~100W产品系统温升已高达30~40℃。若超过100~250W仍使用自然散热方法设计，则必须耗费大量铝合金材料增加导热量和超大的热交换面积，体积重量15~30Kg不等。仅铝合金材料成本即增加30~70美金，如改用计算机CPU等高阶产品使用10倍于自然散热之主动强制散热方法，高效率军规微型风扇寿命保证5万小时IP65防水防尘等级，灯具系统温升低达ΔT≦12~15℃，与自然散热方法比较降温达20℃以上。寿命将增加2倍且光效率亮度增加15%以上。 5.）LED路灯系统可靠性、耐久性环境适应性能测试指标： 一般产品设计均未考虑到落尘防护系统，必需完全防止砂尘暴、重力落尘堆积于朝向天面散热结构，导致热累积无法发散，LED光衰及过热烧毁之致命问题。鑫源盛科技公司可设计采用散热结构朝向地面彻底解决。并须长期在60℃沙漠高温下仍然正常工作。其它抗盐雾测试等等，经户外测试时间15000 Hr.后，光衰＜10%良好状况。主干道路照明光学设计达到世界国家标准，10米高灯杆必须平均照亮横幅40米长型路面，解决高难度光学镜片设计，达到高宽比1:4之要求。 核心灯芯技术模块轻巧化，不需依赖灯壳做为散热体，因此灯体外型设计可任意变化形状，达成各城市美观特色。 来源:LEDinside
LED的特性分析
1．极限参数的意义 （1）允许功耗Pm：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2．电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长 （2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。 半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。 （5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。 （6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。 （7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系。 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR10μA以下。
用于LED电流控制的PTC热敏电阻
大功率LED技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。为了避免LED的加速老化，或者最坏情况的完全报废，LED本身不能过热。一旦大功率LED的发热效率高于发光效率，输入功率产生热而不发光的比例就非常高。所以，在设计阶段就必须考虑采用良好的散热来保证LED工作可靠，并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。而在选择LED驱动电路时，则必须考虑器件的散热。确保LED芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。在实际使用中，经常将工作电流设置在一个很低的水平，以确保即使在很高的环境温度下
LED也不至于过热。然而，如果LED的工作电流与温度不相关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED的工作条件就超出了其规范的要求。此外，在
很低的温度下，供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。LED驱动电路中的热敏电阻因此，人们希望控制LED的驱动电流并使之成为温度的函数，这样可以降低LED额定工作条件。某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功
能，它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。它具有如下优 点。●
在室温的情况下，正向电流是增加的。●
由于减少了LED的数量，所以成本可以降低。此外，可以采用价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。●
可以设计一个不需要IC控制，但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。● 也可以采用低成本的LED，只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。●
如果增加过热保护功能，LED的可靠性会得到提高。●
在散热方面也可以采用散热器（片）等方法。第一种拓扑结构在比较常用的驱动电路中，固定电流源一般包含有反馈环路。LED的电流只有当接在IC反馈引脚的电阻RSET上的电压达到IC设定的反馈电压VFB时才会改变。LED的电流通常由公式ILED=VBF/RSET决定。
这种电路经过修改就可以实现LED的驱动电流和温度相关，只需在LED的电流通路中串接PTC热敏电阻，如图1所示。通过选择合适的PTC热敏电阻、Rseries和Rparallel，该电路可以使驱动IC和LED工作在额定条件下。LED的电流可以通过如下公式计算：ILED(T)=(VFB/Rparallel)(1+(Rparallel+Rseries)/RPTC(T))。图1所示的电路解释了LED电流与温度相关的关系。对比一个最大工作温度为60℃的固定电流源，采用PTC热敏电阻的LED控制电路在0～40℃的温度范围内，LED的电流可以增加40%，并且LED的亮度也会增加大约相同的比例。图1第一种拓补结构及LED的电流/温度曲线第二种拓扑结构在另外一种常用的固定电流源中，电流由连接到驱动IC的电阻控制。然而，在这种情况下，设置电阻并没有串接在LED通路中。IC的参数指标规范中规定了RSET和ILED的
比率。因此，Infineon公司的TLE4241G驱动IC采用20kΩ的串接电阻，就可以得到30mA的LED电流。对标准电路稍加修改
就可以使用PTC热敏电阻，如图2所示。虽然此处所用0603尺寸封装的B59601A系列PTC热敏电阻的额定零功率电阻R25=
470Ω，但是温度变化（通常是10℃的增量）引起的电阻值最高可达4.7kΩ，而误差容限为±5℃（标准系列）
或±3℃（精密系列）。图2解释了LED电流是温度函数的结果，而且电路的结构也比图1中的简单。在环境温度比较低时，高精度的固定电阻Rseries的值就代表了总电阻。只有从低于PCT热敏电阻的感应温度15K时电流才开始下降，这是由于PTC热敏电阻的阻值开始增加。在感应到温度时（总的电阻Rtotal
=Rseries+RPTC
=19.5kΩ+4.7kΩ=24.2kΩ），电流大约是23mA。在高温时，PTC的电阻会急剧地上升，以使驱动电流关断，避免过热烧毁器件。图2第二种拓补结构及LED的电流/温度曲线无驱动IC的控制电路LED的驱动电路也可以不用IC控制。这在汽车高位刹车灯电路中的应用是非常普遍的，它们一般用来驱动单只200mA工作电流的LED。为了避免供电电压的波动，电压稳压器产生稳定的5V供电电压。LED工作在Vstab下，并且工作电流由串接在LED回路中的电阻Rout决定。在这种类型的电路中，与温度变化不相关的正向电流可以由公式ILED(T)=(Vstab-Vdiode(T))/Rout算出，其中，Vdiode是单只LED的正向压降。
此外，固定电阻可以被径向引脚PTC热敏电阻B59940C0080A070（R25=2.3Ω）和两个固定电阻的组合所代替，如图3所示。最终的正向电流可以由如下公式计算。ILED(T)=(Vstab-Vdiode(T))/(Rseries+RPTC(T)Rparallel/(RPTC(T)+Rparallel))图3无驱动IC的控制电路结构及LED的电流/温度曲线在这种情况下，LED正向电流中的绝大部分都流过PTC热敏电阻。因此，PTC热敏电阻应该选择径向引脚封装中体积较大的。体积较小的贴片
式PTC热敏电阻由于流过的电流会使自身发热，会因此使流过的电流降低与环境温度无关。如果并联两个或更多的PTC电阻就可以使流过每个电阻的电流减小，
但这种方法却使成本提高。通过选择合适的两个固定电阻，电流基本上可以被设定在需要的数值上。这些电阻也可以使LED正向电流误差降低，从而在改善电路性能方面起到了很重要的作用。并联固定电阻也可以确保在极端温度条件下PTC热敏电阻不至于完全使LED关闭。因此电流不会低于如下公式所决定的值：ILED
min(T)=(Vstab-Vdiode(T))/(Rparallel+Rseries)。在汽车电子领域，这种特性是非常重要的。例如，为了满足安全要求，是不允许将灯光完全关闭的。
来源：中电网
LED也不至于过热。然而，如果LED的工作电流与温度不相关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED的工作条件就超出了其规范的要求。此外，在
很低的温度下，供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。LED驱动电路中的热敏电阻因此，人们希望控制LED的驱动电流并使之成为温度的函数，这样可以降低LED额定工作条件。某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功
能，它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。它具有如下优 点。●
在室温的情况下，正向电流是增加的。●
由于减少了LED的数量，所以成本可以降低。此外，可以采用价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。●
可以设计一个不需要IC控制，但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。● 也可以采用低成本的LED，只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。●
如果增加过热保护功能，LED的可靠性会得到提高。●
在散热方面也可以采用散热器（片）等方法。第一种拓扑结构在比较常用的驱动电路中，固定电流源一般包含有反馈环路。LED的电流只有当接在IC反馈引脚的电阻RSET上的电压达到IC设定的反馈电压VFB时才会改变。LED的电流通常由公式ILED=VBF/RSET决定。
这种电路经过修改就可以实现LED的驱动电流和温度相关，只需在LED的电流通路中串接PTC热敏电阻，如图1所示。通过选择合适的PTC热敏电阻、Rseries和Rparallel，该电路可以使驱动IC和LED工作在额定条件下。LED的电流可以通过如下公式计算：ILED(T)=(VFB/Rparallel)(1+(Rparallel+Rseries)/RPTC(T))。图1所示的电路解释了LED电流与温度相关的关系。对比一个最大工作温度为60℃的固定电流源，采用PTC热敏电阻的LED控制电路在0～40℃的温度范围内，LED的电流可以增加40%，并且LED的亮度也会增加大约相同的比例。图1第一种拓补结构及LED的电流/温度曲线第二种拓扑结构在另外一种常用的固定电流源中，电流由连接到驱动IC的电阻控制。然而，在这种情况下，设置电阻并没有串接在LED通路中。IC的参数指标规范中规定了RSET和ILED的
比率。因此，Infineon公司的TLE4241G驱动IC采用20kΩ的串接电阻，就可以得到30mA的LED电流。对标准电路稍加修改
就可以使用PTC热敏电阻，如图2所示。虽然此处所用0603尺寸封装的B59601A系列PTC热敏电阻的额定零功率电阻R25=
470Ω，但是温度变化（通常是10℃的增量）引起的电阻值最高可达4.7kΩ，而误差容限为±5℃（标准系列）
或±3℃（精密系列）。图2解释了LED电流是温度函数的结果，而且电路的结构也比图1中的简单。在环境温度比较低时，高精度的固定电阻Rseries的值就代表了总电阻。只有从低于PCT热敏电阻的感应温度15K时电流才开始下降，这是由于PTC热敏电阻的阻值开始增加。在感应到温度时（总的电阻Rtotal
=Rseries+RPTC
=19.5kΩ+4.7kΩ=24.2kΩ），电流大约是23mA。在高温时，PTC的电阻会急剧地上升，以使驱动电流关断，避免过热烧毁器件。图2第二种拓补结构及LED的电流/温度曲线无驱动IC的控制电路LED的驱动电路也可以不用IC控制。这在汽车高位刹车灯电路中的应用是非常普遍的，它们一般用来驱动单只200mA工作电流的LED。为了避免供电电压的波动，电压稳压器产生稳定的5V供电电压。LED工作在Vstab下，并且工作电流由串接在LED回路中的电阻Rout决定。在这种类型的电路中，与温度变化不相关的正向电流可以由公式ILED(T)=(Vstab-Vdiode(T))/Rout算出，其中，Vdiode是单只LED的正向压降。
此外，固定电阻可以被径向引脚PTC热敏电阻B59940C0080A070（R25=2.3Ω）和两个固定电阻的组合所代替，如图3所示。最终的正向电流可以由如下公式计算。ILED(T)=(Vstab-Vdiode(T))/(Rseries+RPTC(T)Rparallel/(RPTC(T)+Rparallel))图3无驱动IC的控制电路结构及LED的电流/温度曲线在这种情况下，LED正向电流中的绝大部分都流过PTC热敏电阻。因此，PTC热敏电阻应该选择径向引脚封装中体积较大的。体积较小的贴片
式PTC热敏电阻由于流过的电流会使自身发热，会因此使流过的电流降低与环境温度无关。如果并联两个或更多的PTC电阻就可以使流过每个电阻的电流减小，
但这种方法却使成本提高。通过选择合适的两个固定电阻，电流基本上可以被设定在需要的数值上。这些电阻也可以使LED正向电流误差降低，从而在改善电路性能方面起到了很重要的作用。并联固定电阻也可以确保在极端温度条件下PTC热敏电阻不至于完全使LED关闭。因此电流不会低于如下公式所决定的值：ILED
min(T)=(Vstab-Vdiode(T))/(Rparallel+Rseries)。在汽车电子领域，这种特性是非常重要的。例如，为了满足安全要求，是不允许将灯光完全关闭的。
来源：中电网
2008年5月22日星期四
DALI的开发背景
1、
DALI的开发背景由于节能的需求，在20世纪90年代欧洲开始进行数字式荧光灯照明控制系统的开发、研究，一些主要的照明生产企业提出了采用标准通信协议来加速群控、智能照明节能产品的推广和使用。建筑师们也对照明群控通信协议和设备的兼容性非常关心，采用DALI以后可使不同照明设备厂家生产的产品（如控制系统、电子镇流器、传感器等产品）无缝地互联，系统连接可靠、方便、从而降低系统的开发、安装、维护费用和风险，扩大产品的适用范围。欧洲的主要电子镇流器生产厂家（如Halvar、Hüco、Philips、Osram、Tridonic、Trilux和Vosslohschwabe等）都纷纷加入到DALI标准的制定工作中。电子控制工作组（ECG、IEC929/EN60929）成立，开始起草照明标准，并形成欧洲标准草案，生成的DALI草案后来就成为欧洲电子镇流器标准EN60929的附录E部分的内容。
2、
DALI标准的技术特性每个DALI控制系统的控制范围可达300m（最大250mA的驱动电流、2V的线路压降），每个DALI控制接口可用于一个中等规模的建筑物内，现DALI已成为一个大建筑物管理系统中的一个子系统，通过网关或传送器可实现控制中心与被控单元的双向通信。利用DALI可简化系统的布线，每个照明装置、控制电路、调光器或电子镇流器只有一个供电输入和数控输入，由于每个照明装置通过总线连接到了一起，可对每组照明装置在不更改照明系统走线的条件下，加以定义和调节，而这点在模拟调光系统中是很难做到的。每个DALI可组成16组子系统并可级联，在任何时刻可使任何一只电子镇流器被分配到任一组中，控制灵活、方便。
DALI的开发背景由于节能的需求，在20世纪90年代欧洲开始进行数字式荧光灯照明控制系统的开发、研究，一些主要的照明生产企业提出了采用标准通信协议来加速群控、智能照明节能产品的推广和使用。建筑师们也对照明群控通信协议和设备的兼容性非常关心，采用DALI以后可使不同照明设备厂家生产的产品（如控制系统、电子镇流器、传感器等产品）无缝地互联，系统连接可靠、方便、从而降低系统的开发、安装、维护费用和风险，扩大产品的适用范围。欧洲的主要电子镇流器生产厂家（如Halvar、Hüco、Philips、Osram、Tridonic、Trilux和Vosslohschwabe等）都纷纷加入到DALI标准的制定工作中。电子控制工作组（ECG、IEC929/EN60929）成立，开始起草照明标准，并形成欧洲标准草案，生成的DALI草案后来就成为欧洲电子镇流器标准EN60929的附录E部分的内容。
2、
DALI标准的技术特性每个DALI控制系统的控制范围可达300m（最大250mA的驱动电流、2V的线路压降），每个DALI控制接口可用于一个中等规模的建筑物内，现DALI已成为一个大建筑物管理系统中的一个子系统，通过网关或传送器可实现控制中心与被控单元的双向通信。利用DALI可简化系统的布线，每个照明装置、控制电路、调光器或电子镇流器只有一个供电输入和数控输入，由于每个照明装置通过总线连接到了一起，可对每组照明装置在不更改照明系统走线的条件下，加以定义和调节，而这点在模拟调光系统中是很难做到的。每个DALI可组成16组子系统并可级联，在任何时刻可使任何一只电子镇流器被分配到任一组中，控制灵活、方便。
超强120%色域！透过背光源看液晶未来
LED,即（Light-Emitting-Diode ）发光二极管，是一种低功耗、高亮度、长寿命的发光器件。在过去的相当一段时间内，LED一般都是作为一种辅助的信号显示器件出现在各种电器、仪表设备上。作为这篇文章的主角之一，看似简陋的LED和高档的液晶电视间又会有什么样的关系呢？这就是今天我们文章中将要为您解答的问题。 液晶的先天缺陷如何而来 虽然液晶电视是目前市面上最常见的一种平板显示设备。但是自从其诞生以来，液晶电视就背负着易产生运动拖尾、对比度差、色域小等先天缺陷，从而遭到了另一种平板显示器——等离子阵营的攻击。那么液晶电视的这些缺陷从何而来？这就要从液晶电视的成像原理说起。液晶面板的组成部分 液晶电视的名称来自于“Liquid Crystal Display”，即液态晶体显示技术。它是利用在常温下呈液态的有机晶体分子，受电压排列顺序会会发生变化的特性，让背光源发出的白色光由不同状态的液晶分子中透射后，通过RGB三种颜色的彩色滤光膜后实现成像。我们如果靠近液晶电视的屏幕，会发现液晶电视是由一个个极小的红、绿、蓝色小点组成。打个比喻，液晶的成像原理就像在窗户后面放一盏灯，通过控制窗户的开关就能实现对光线的控制。而在这一过程中，液晶分子的“稳态”效应是造成液晶电视易产生运动拖尾的主要原因。而液晶电视对比度小、色域小的缺陷则是主要来自目前液晶电视常用的CCFL型背光源。 CCFL光源是什么 目前液晶电视上最常使用的背光源，是CCFL光源，即（Cold Cathode Fluorescent Lamps）冷阴极管。无论是从发光原理，还是从物理结构上看，CCFL光源和我们日常使用的日光灯管都非常接近。都是通过灯管两端的电极，让灯管内由气态汞激发的紫外线碰撞管壁上的荧光粉，从而发出光线。 CCFL光源的缺陷是主要原因 虽然CCFL目前在主流的液晶电视上得到了广泛使用，但并不表示这是一种最佳的方案。长期以来，受制于CCFL的技术原理和生产工艺，CCFL一般都是管状光源，要实现均匀的背光效果，就要是采用大量的灯管去模拟真正的面光源。而由此带来的高耗电量、高热量十分明显，并且不能实现完美的平面光源。此外，CCFL光源的寿命只有5万小时左右，而且随着使用时间的增长，光源发出的光线会变得暗淡和发黄。由于液晶电视中背光源只要开机后就一致保持常量状态，这样一来，在使用几年后，液晶电视会发生明显的偏色、亮度衰减的问题。 即便是全黑状态下，也能发现明显的漏光，这就是CCFL的缺点之一。此外，CCFL的亮度一般都是恒定不变的，即便是液晶分子在全关闭状态，也会有一些光线能从中透射过来，因此目前的液晶电视很难表现出真正的黑色，这也就导致了液晶电视的对比度不佳的缺陷。 除了上述的问题，CCFL最大的缺陷来自光谱特性上的缺陷。在上文我们已经说过，背光源的发出的白色光线最后要经过RGB彩色滤光膜后才能实现成像，因此背光源发出的白光中R/G/B三原色光的波长（即三原色的纯度）将直接影响到电视机最后的色彩效果。而从这个角度来说，CCFL发出的白光就不是一种光谱特性非常理想的光源。所以目前市面上大部分的液晶电视，只能达到标准NTSC色域标准的60%-78%，色彩效果自然大打折扣。改进型CCFL光源效果依然有限 SONY在2007年的中高端液晶上大规模的采用了改进型的CCFL背光源 当然，面对液晶电视中如此重要却又拖累总体性能后腿的部件，各个厂商是不可能坐视不管的。针对传统CCFL的改良技术不断涌现，例如：夏普的四波长背光源系统，就是通过对CCFL灯管中荧光粉性能的改进，使得光源光谱成分中的红色表现增强，从而在一定程度上改善色彩还原效果；SONY、三星和TCL的部分产品也搭载了WCG-CCFL-广色域型CCFL光源，使得色域范围能达到NTSC标准的85%左右；TOSHIBA的智能背光调节技术就是改变了CCFL常亮的缺点，能根据画面智能调节背光源亮度，从而提高电视的对比度。 虽然有很多厂家都在对CCFL光源的缺陷进行改良，但是要想解决它的全部缺陷，在当今科技条件下并非易事。因此，另外一种性能非常优越的背光源系统开始进入厂家的视线，这就是同样拥有较长历史的LED光源技术。 LED发光原理LED的发光原理和色域范围 LED照明技术起源于20世纪60年代，它的基本结构就是一块通电后会发光的半导体材料，利用半导体材料中电子和空穴的结合运动，激发出光子实现发光。 随着人们对LED研究的深入，越来越多的半导体材料被运用到LED照明器件上来，LED如今已经在人类生活的各个角落中都得到了广泛的应用。除了用作信号指示和照明，现在的LED甚至可以做成独立的显示设备，并且已经在各种户外广告、大型活动、演出方面得到了广泛使用。这是应用在大型演出活动中的LED显示设备，和液晶没有任何关系。 LED之所以得到了如此广泛的使用，主要得益于以下几个优点： 高寿命 和CCFL光源5万小时的寿命相比，LED原件普遍达到了10万小时左右的寿命，而且在生产的过程中，也不想CCFL要用到会污染环境的水银，同时也更加环保。 高色纯度 LED器件发出的光纯度非常高，在光谱上的表现就是光线集中在某一小段波长上。 高响应时间 和CCFL光源毫秒级的响应时间相比，LED光源能够实现纳秒级的响应时间。因此对于改善液晶电视的拖尾效应，也具有相当的意义。 低热、体积小 采用了LED背光源后，屏幕的厚度可以大大减少，相对于CCFL光源，LED器件的发热量普遍较小。同时体积也能比CCFL更小，对于液晶电视的超轻薄化，非常有利。平板电视上的LED背光源 目前使用在各种液晶显示设备上的LED光源，都是通过大量LED单元平面排列的方式提供大面积均匀的背光源。而根据LED发光颜色的不同，可以分为白光LED背光源和RGB-LED背光源。白光LED技术的优势主要体现在耗电量方面，因此在对功耗要求要高的移动设备上有较广泛的应用，自04年开始就有不少笔记本电脑开始采用这种技术。而RGB-LED背光源由于出色的色彩表现力，引起了液晶电视厂商的关注也是预料之中的事情。 RGB-LED背光源，就是通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED器件，实现传统CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB-LED背光源已经可以达到105%的NTSC色域范围，而且只要采用性能更加强大的LED器件，目前已经可以实现120%以上的NTSC色域范围。这点对于以还原图像为主的电视机而言，将是一个非常有效的提升画质的手段。 除了良好的色域表现力，采用RGB-LED光源还可以有效提升电视机的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制。根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用CCFL光源的液晶电视所不能企及的。除了对画质的提升作用，液晶电视使用RGB-LED光源后，可以实现更薄的厚度和较小的重量，也更加符合“平板”的概念和现代人的审美观。目前一些日系厂家推出的试验型LED产品，厚度可以控制在3厘米之内，而且还有更加轻薄化的可能。综 述 虽然RGB-LED技术有着众多的优点，但是在目前的技术水平下，它仍然存在着一些不可避免的局限性。首先，LED背光源中使用到了大量独立的LED器件，因此要保证每一个器件发光的一致性是一个比较难解决的问题，这也导致了过高的废品率和成本负担。其次，RGB-LED背光源的发光效率还稍弱一些，目前普遍在到50流明/W左右，最高的也只有70流明/W，要实现和CCFL100流明/W同等级的发光亮度，必然导致功耗的增加和发热量的提升。最后，虽然RGB-LED的色彩纯度较高，但是长期使用后每种LED色彩衰减的幅度并不一致，这也将对画面质量产生较大的影响。 目前市面上采用RGB-LED背光源的电视并不多见，只有部分一线品牌推出的旗舰机型上才使用了这种技术。比如SONY推出的最高端70吋全高清液晶70X300A，就采用了RGB-LED背光源，并被冠以“Triluminos”技术。三星采用LED背光源技术的70吋机型在国内销售了一段时间，但是高达40万人民币的售价也不得不让人望而却步。 虽然现在看起来采用RGB-LED技术的液晶电视不仅数量较少，而且价格也比较高昂，但我们也要看到到LED技术还在不断的完善和成熟中，相信发光效率的问题并不会长期落后于CCFL光源；而成本过高的问题，也可以通过大规模的商业化生产，降低到普通用户能接受的水平。由此可以预见在将来的几年中，市场上将会大量涌现采用RGB-LED背光源的广色域型液晶电视，并将成为液晶电视技术再次高速发展的重要契机。 来源：泡泡网
大功率LED封装的注意事项
对于大功率LED的封装，要根据LED芯片来选用封装的方式和相应的材料。如果LED芯片已倒装好，就必须采用倒装的办法来封装；如果是多个芯片集成的封装，则要考虑各个芯片正向、反向电压是否比较接近，以及LED芯片的排列、热沉散热的效果、出光的效率等。工作人员应该在原有设计的基础上进行实际操作，制作出样品进行测试，然后根据测试的结果进行分析。这样经过反复试验得出最佳效果，最后才能确定封装方案。热沉材料的选择 无论从经济的角度还是从制造工艺的角度考虑，铜和铝都是最好的热沉材料。但是铜和铝含有不少的合金，各种合金的导热系数（参见表1）相差较大，所以在选择铜或铝作为热沉时，要看具体的合金成分，这样才有利于确定最终的热沉材料。 表1 铜、铝及其合金的导热系数 同样也可选择其他的材料作为热沉，效果也是不错的。例如选择银或在铜上镀一层银，这样的导热效果更好。导热的陶瓷、碳化硅也都可以用做热沉，而且效果也很好。 由于大功率LED在通电后会产生较大的热量，并且如果用于封装的胶和金丝的膨胀系数不一样，那么膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接触电阻较大，从而影响了发光器件的质量。特别应注意的是，封装胶会因温度过高而出现胶体变黄，因此降低了透光度并影响光的输出。 一般情况下，在使用大功率LED时，应考虑把热沉上的热量传导到其他的散热器上。对于散热器材料的选择和安装，也要进行认真的考虑和必要的计算（散热面积）。目前，散热器一般也是选用铝或铜材料。这里要注意两个问题：一是热沉与散热器之间的粘接材料一般应采用导热胶，如果是两个物体的表面接触，中间一定会有空气，而且空气的导热系数很差，所以在界面之间应有一层导热胶来让它们紧密接触，这样导热效果才会好。二是散热效果与散热器的形状和朝向有关。
2008年5月21日星期三
贴片LED的封装
表面贴片二极管（SMD）是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，可满足表面贴装结构的各种电子产品的需要，特别是手机、笔记本电脑等。
1、 SMD封装的工艺 SMD封装一般有两种结构：一种为金属支架片式LED，另一种为PCB片式LED。具体的工艺如图1所示。 图1 SMD封装的工艺流程
目前，很多厂家都利用自动化机器进行固晶和焊线，所做出来的产品质量好、一致性好，非常适合大规模生产。
特别应当注意，在制作SMD白光LED时，因为器件的体积较小，点荧光粉是一个难题。有的厂家先把荧光粉与环氧树脂配好，做成一个模子；然后把配好荧光粉的环氧树脂做成一个胶饼，将胶饼贴在芯片上，周围再灌满环氧树脂，从而制成SMD封装的白光LED。
2、 测试LED与选择PCB
对SMD封装的LED进行测试，因为其体积小，不便于手工操作，所以必须使用自动测试的仪器。以PCB片式LED为例，对于如图2所示的0603片式的SMD
LED，其尺寸为1.6mm×0.8mm×0.8mm。 图2 0603片式的SMD LED
由于结构的微型化，PCB的选材和版图设计十分重要。综合各方面考虑，选取厚度为0.30mm、面积为60mm×130mm的PCB作为基板，在板上设计41组封装结构，每组由44只片式LED连为一体。每个单元的图示参见图3。
图3 测试用的PCB的单元示意图对于PCB基板的质量要求包括： ·要有足够的精度：厚度的不均匀度＜±0.03mm，定位孔对电路板图案偏差＜±0.05mm。
·镀金属的厚度和质量必须确保金丝键合后的拉力大于8g。 ·表面无粘污，PCB上的化学物质要清洗干净，封装时胶的粘合要牢固。
目前SMD封装的LED大量用在显示屏上，其中把SMD上芯片连接的部分直接与显示屏的电路板用导热胶粘合，让SMD上LED产生的热量传导到显示屏的电路板上。这样热量由显示屏上的电路板散发到空气中，有利于显示屏的散热。
随着SMD器件的发展，今后的接插件会朝着SMD器件方向发展，实现小型化、高密度和鲜艳色彩，这样显示器的屏幕在有限的尺寸中可获得更高的分辨率。同时可实现结构轻巧简化及良好的白平衡；并且半值角可达160°，从而使显示屏更薄，可获得更好的观看效果。
LED模组灯波长对照表
我们知道，光的波长就是光在单位时间内通过的位移。 公式为λ=TV=V/f 因为光的色彩是由光的波长决定的，而不同色光的光速都是相同的，都等同光在真空中的速度，而波长不同的跟本原因是因为不同色光的频率不相同，而波长与频率成反比，红光的频率最小，因此，红光波长最长。有关不同种类LED灯的波长我们可以参照下表：
2008年5月20日星期二
主要封装技术概况
1）LED单芯片封装 LED在过去的30多年里，取得飞速发展。第一批产品出现在1968年，工作电流20mA的LED的光通量只有千分之几流明，相应的发光效率为0.1 lm/W，而且只有一种光色为650 nm的红色光。70年代初该技术进步很快，发光效率达到1 lm/W，颜色也扩大到红色、绿色和黄色。伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也在迅速增加。原先，一般LED的驱动电流仅为20 mA。到了20世纪90年代，一种代号为“食人鱼”的LED光源的驱动电流增加到50-70mA，而新型大功率LED的驱动电流达到300—500 mA。特别是1998年白光LED的开发成功，使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。图2-1到图2-4描述了LED的发展历程。 图2-1 普通LED 图2-2 高亮度LED 图2-3 食人鱼LED 图2-4 大功率LED A 功率型LED封装技术现状 功率型LED分为功率LED和瓦(W)级功率LED两种。功率LED的输入功率小于1W(几十毫瓦功率LED除外)；W级功率LED的输入功率等于或大于1W。 最早有HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED，并于1994年推出改进型的“Snap LED”，有两种工作电流，分别为70mA和150mA，输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP LED”，之后一些公司推出多种功率LED的封装结构。这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍，热阻降为过去的几分之一。 W级功率LED是未来照明的核心，世界各大公司投入很大力量，对其封装技术进行研究开发。单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片用硅载体直接焊在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED，Lumileds公司拥有多项功率型白光二极管封装方面的专利技术。OSRAM于2003年推出单芯片的Golden Dragon”系列LED，其特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W。日亚的1W LED工作电流为350 mA，白光、蓝光、蓝绿光和绿光的光通量分别为23、7、28和20流明，预计其寿命为5万小时。 B 功率型LED封装技术概述 半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。因此，LED要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。由于LED芯片输入功率的不断提高，功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：①封装结构要有高的取光效率；②热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。 功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量，除了芯片外，器件的封装技术也举足轻重。功率型LED封装关键技术： a.散热技术 传统的指示灯型LED封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达150～250℃/W，新的功率型芯片若采用传统式的LED封装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。 对于大工作电流的功率型LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED器件的技术关键。可采用低阻率、高导热性能的材料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热；甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻；在器件的内部，填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路，也不会出现变黄现象；零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。 普通LED和大功率LED封装结构分别见图2-5，图2-6。热阻参考值见表2-1。 图2-5 普通LED封装结构图 图2-6 大功率LED封装结构图 表2-1普通LED与大功率LED的热阻参考值对比 LED功率 热阻参考 (℃/W) 普通LED 150～250 1W LED ＜ 50 3W LED ＜ 30 5W LED ＜ 18 10W LED ＜ 9 b 二次光学设计技术 为提高器件的取光效率，设计外加的反射杯与多重光学透镜。 c.功率型LED白光技术 常见的实现白光的工艺方法有如下三种： ① 蓝色芯片上涂上YAG荧光粉，蓝光激发荧光粉发出的黄绿光与蓝光合成白光。该方法相对简单，效率高，具有实用性。缺点是布胶量一致性较差、荧光粉易沉淀导致出光面均匀性差、色调一致性不好；色温偏高，显色性不理想。 ② RGB三基色多个芯片或多个器件发光混色成白光，或者用蓝+黄色双芯片补色产生白光。只要散热得法，该方法产生的白光较前一种方法稳定，但驱动较 ③ 在紫外光芯片上涂RGB荧光粉，利用紫光激发荧光粉产生三基色光混色形成白光。由于目前的紫外光芯片和RGB荧光粉效率较低，仍未达到实用阶段。 表2-2 三条主要的白光LED制备路线比较 紫外LED + RGB荧光粉 蓝光LED + 黄色荧光粉 二元互补色LED RGB多芯片组合 白光LED 芯片 显色性 最好 一般 一般 一般 好 色稳定性 最好 好 一般 一般 好 流明保持率 未有数据 一般 好 好 好 荧光材料 在研 较成熟 - - - 效率 最好 好 一般 一般 好 应用 白光照明 背光源 特殊照明 显示 背光源 照明用W级功率LED产品要实现产业化还必须解决如下技术问题： ①荧光粉涂敷量和均匀性控制：LED芯片+荧光粉工艺采用的涂胶方法，通常是将荧光粉与胶混合后用分配器将其涂到芯片上。在操作过程中，由于载体胶的粘度是动态参数、荧光粉比重大于载体胶而产生沉淀以及分配器精度等因素的影响，此工艺荧光粉的涂布量均匀性的控制有难度，导致了白光颜色不均匀。 ② 芯片光电参数配合：半导体工艺的特点，决定同种材料同一晶圆芯片之间都可能存在光学参数(如波长、光强)和电学(如正向电压)参数差异。RGB三基色芯片更是这样，对于白光色度参数影响很大，这是产业化必须要解决的关键技术之一。 ③ 根据应用要求产生的光色度参数控制：不同用途的产品对白光LED的色坐标、色温、显色性、光功率(或光强)和光的空间分布等要求不同，上述参数的控制涉及产品结构、工艺方法、材料等多方面因素的配合。在产业化生产中，对上述因素进行控制，得到符合应用要求、一致性好的产品十分重要。 d.检测技术与标准 随着W级功率芯片制造技术和白光LED工艺技术的发展，LED产品正逐步进入照明市场，显示或指示用的传统LED产品参数检测标准及测试方法已不能满足照明应用的需要。国内外的半导体设备仪器生产企业也纷纷推出各自的测试仪器，不同的仪器使用的测试原理、条件、标准存在一定的差异，增加了测试应用、产品性能比较工作的难度和问题复杂化。LED要往照明业拓展，建立LED照明产品标准是产业规范化的重要手段。 e.筛选技术与可靠性保证 由于灯具外观的限制，照明用LED的装配空间密封且受到局限，不利于LED散热，这意味着照明LED的使用环境要劣于传统显示、指示用LED产品。另外，照明LED是处于大电流驱动下工作，这就对其提出更高的可靠性要求。在产业化生产中，针对不同的产品用途，进行适当的热老化、温度循环冲击、负载老化工艺筛选试验，剔除早期失效品，保证产品的可靠性很有必要。 f.静电防护技术 由于GaN是宽禁带材料，电阻率较高，该类芯片在生产过程中因静电产生的感生电荷不易消失，累积到相当的程度，可以产生很高的静电电压。当超过材料的承受能力时，会发生击穿现象并放电。蓝宝石衬底的蓝色芯片其正负电极均位于芯片上面，间距很小；对于InGaN/AlGaN/GaN双异质结，InGaN有源层仅几十纳米，对静电的承受能力很小，极易被静电击穿，使器件失效。GaN基LED和传统的LED相比，抗静电能力差是其鲜明的缺点，静电导致的失效问题已成为影响产品合格率和使用推广的一个非常棘手的问题。因此，在产业化生产中，静电的防范是否得当，直接影响到产品的成品率、可靠性和经济效益。 静电的防范技术有如下几种：①对生产使用场所从人体、台、地、空间及产品传输、堆放等方面实施防范。②芯片上设计静电保护线路。③LED上装配静电保护器件。 2）多芯片集成封装 为避免大尺寸芯片导致发光效率的下降等问题，可采用小尺寸芯片集成的方法来增加单管最大可发光通量。由于小芯片技术相对成熟，各种高热导绝缘夹层的铝基板散热好，对提高光效和增加器件稳定性都有好处并便于芯片集成和散热，效果不错，结构和封装形式较多。但正装小芯片固有的缺点如电极引线遮光等问题，在多片集成时会加重而影响发光效率，在基板上设计“无引线”的芯片集成可避免引线问题，是提高小芯片集成光效的途径之一。 美国UOE公司曾研制的NorLux系列。这个系列采用六角形铝板作为衬底，衬底直径为1.25英寸，发光区位于其中央部位，直径约为0.375英寸，可容纳40个发光二极管芯片,芯片的键合引线是通过在衬底上做成的两个接触点与正极和负极连接，芯片结构可根据所需输出光功率的大小来确定衬底上排列管芯的数目。Lamina Ceramics公司于2003年推出了采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技术封装的大功率LED阵列。松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED。河北立德公司目前已具有单色、多基色、白色等各种颜色，各种工作电压，各种功率的多芯片集成LED功率光源产品，最大集成功率已分别达到12W(彩色)和6W(白色)。 图2-7 多芯片集成封装产品 3）荧光粉 在白光LED的制备中，荧光粉是一个非常关键的材料，它的性能直接影响白光LED的亮度、色坐标、色温及显色性等。利用LED芯片配合特定荧光粉产生白光的方法工艺简单，成本较低。目前商品化白光LED产品及未来的发展趋势仍以单芯片型为主流，而开发具有良好发光特性的荧光粉是得到高亮度、高发光效率、高显色性白光LED的关键所在。 通常，选择LED用荧光粉的标准是：①荧光粉能被与之匹配的LED芯片有效激发；②并具有高的量子效率；③化学性质稳定。 目前采用荧光粉产生白光共有三种方式：蓝光LED配合黄色荧光粉；蓝光LED配合红色、绿色荧光粉；UV-LED配合红、绿、蓝三色荧光粉。目前商品化的白光LED多属蓝光LED配合黄色荧光粉的单芯片型，蓝光LED配合红色、绿色荧光粉的白光产生方式只是在OSRAR、Lumileds等公司的专利上报道过，但仍未有商品化产品出现，而UV-LED配合三色荧光粉的方式目前也尚处于开发中。不同荧光粉产生白光LED的优缺点比较见表2-3。 表2-3 采用荧光粉产生白光LED各种方式的优缺点比较 白光产生类型 白光产生方式 优点 缺点 单芯片型 蓝光LED配合黄色荧光粉 单一芯片即可发白光，成本低，制作简单 效率低，显色性有待提高，低色温难以实现，光色随电流变化，容易有月晕现象 蓝光LED配合红色、绿色荧光粉 光谱为三波长分布，显色性较高，光色及色温可调 光色随电流变化，有月晕现象但不明显 UV-LED配合红、绿、蓝三色荧光粉 高显色性，光色及色温可调，使用高转换效率荧光粉提高发光效率，光色均匀不随电流变化 粉体混合较为困难，高效率的荧光粉有待研制 A. 稀土黄色荧光粉 在利用LED产生白光的单芯片型方法中，采用蓝光LED芯片配合发黄光的荧光粉的技术相对成熟，目前商品化的白光LED多数采用这种组合方式；其中采用的黄色荧光粉为铈激活的钇铝石榴石（以下简称“YAG:Ce”）。它能在蓝光LED芯片的激发下发出宽带的黄光，与芯片发出的蓝光混合而形成白光。同时可以根据不同芯片和应用的需要，通过调整Y3+、Gd3+或Al3+、Ga3+的摩尔配比，得到所需波长的黄色荧光粉。 B. 稀土红色荧光粉 尽管采用蓝光配合发黄色光的荧光粉在产生白光方面已经取得巨大成功，但该方法仍存在两个缺点：显色性需进一步提高，尤其是利用单一黄色荧光粉难以制备出相关色温较低（3500 K以下）的白光LED，这两方面的缺点可通过添加红色荧光粉来得以改善；同时，在其它产生白光的方法中，红色荧光粉也起着举足轻重的作用，比如它可以与蓝光LED及绿色荧光粉配合产生白光，还能与绿、蓝色荧光粉及紫光或紫外LED配合产生白光。一直以来，红色荧光粉效率较低，成为LED用荧光粉乃至白光LED发展的瓶颈。 C.稀土绿色荧光粉 LED用绿色荧光粉为二价铕激活的氯硅酸镁钙（简称CMSC），它具有较强的发射峰，并且它的激发光谱非常宽，适于紫外、紫光或蓝光LED激发。
照明技术的变迁
人类在大约50万年前就以燃烧树木产生的火焰及光作为光源使用,这就是最早的光源。随着人类文明的进步，之后烧植物油及矿物油来产生光。1876年爱迪生发明了白炽灯(Incandescent
Lamp)，它以碳棒作为灯丝，是照明技术的巨大改进，1938年发明的日光灯（或称为荧光灯，Fluorescent
Lamp）可以减少热的损失，节省能源的消耗，这又是一大进步，后来紧凑型日光灯(Compact Florescent
Lamp)的开发使其应用更为普遍，同时高压气体放电（HID：High Intensity Discharge）灯如水银灯（Mercury
Lamp）、金属卤素灯（Metal Halide Lamp）及钠灯（Sodium
Lamp）等的发明可在室外实现照明，满足了各方面的需要。目前约有21%的电源用于照明，如果能在固体照明领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。
采用半导体材料(Semiconducting Meterial)做成红光、黄光及绿光发光二极管(LED：Light Emitting
Diode)已在约十年前研制成功，这些LED大都用AlInGaP材料做成，但直到数年前，用AlGaInN材料成功制成蓝光LED，这才使白光LED的梦终成现实。用半导体材料制作白光LED被称为固体照明（Solid
State Lighting），下面将介绍以前的光源的性能。 1、 白炽灯 白炽灯是用黑体（BB：Black
Body）发热，主要以钨(Tungsten)丝作灯丝（Filament），因为钨有高熔点（3683K）及低蒸发率。只是白炽灯的大部分的光是红外线（Infrared），钨丝放热比黑体稍微蓝移（Blue
Shift）即向短波长方向移，如图1所示，所以发光效率(Luminous Efficiency)比较高，而蓝移也不影响演色性（CRI：Color Rending
Index）。一般钨丝都卷成螺旋形放在球形玻璃壳中，并充入不起反应的惰性气体，例如氩气（Ar）及少数氮气(Nitrogen)，而40W以下的白炽灯则多数是抽真空。因为白炽灯的大部分辐射光是红外线，所以120V白炽灯的照明效率在2400K时约为81m/W，一般100W白炽灯只有7%的电功率转变为可见光。白炽灯寿命衰减的主要原因是钨丝蒸发，白炽灯的一般寿命约750~1000h，但是因为白炽灯价廉，所以被大量应用在住宅。
2、 钨丝卤素灯 为减少钨丝蒸发率以增加其寿命及工作温度，在灯泡中添加卤素气体做成的钨丝卤素灯（Tungsten Halogen
Lamp）也颇为流行。钨丝卤素灯的原理是在化学反应时，钨产生卤化物从高温灯丝扩散到冷玻璃壳壁上，由于这是一个可逆反应，所以同时钨的卤化物分解成钨而反方向扩散在钨丝上，结果钨丝的分量没有改变，因此温度可以高达3450K。一般钨丝卤素灯均在高温工作，灯泡也较小，用的是比较硬的玻璃壳，其寿命比钨丝白炽灯要高两倍。以上介绍的两种灯均是热辐射发光，下面将介绍气体放电发光。
3、 日光灯
当高压电通过气体时，气体会分离而离子化，产生由电子、离子及中性粒子等组成的等离子（Plasma）气体，限制电流使其不致产生雪崩（Avalanche）而逐渐稳定。一般日光灯用低压放电可以产生11000~13000K的高温，目前日光灯可用的材料有汞即水银和钠，但是钠灯光是黄色多用在街道上，而汞灯则释放紫外线（UV：Ultraviolet）故多用于一般日光灯，灯管涂上荧光粉（Phosphor）以产生白光。
日光灯的荧光粉可以由UV激发产生白光，卤化磷酸盐(Halophosphate)Ca5(PO4)3(CL3F)：（Sb3+，Mn2+）是最早使用的荧光粉，其中锑（Sb）的作用是增感（Sensitizer）及发光中心(Activator)，锑受UV激发产生近480nm宽带，而锰（Mn）则产生580nm宽带，其光谱如图2(a)所示，改变Sb及Mn的掺杂量可以得到不同的色温（Color
Temperature）2700~6500K，但是因为缺少红光，所以其演色性值Ra只有50~76左右。如果要得到高的演色性，可以使用混合物，例如Sr5(PO4)3(CL，F)(Sb3+，Mn2+)及Sr3(PO4)Sn2+，但是其发光效率较差。在1970年，三色荧光粉研发成功，得到如图2（b）所示的光谱，其中有600nm、550nm及450nm波长的波峰。三色荧光粉中的红色多用Y2O3：Eu2+；绿色用CeMgAL11O12：Tb3+，LaPO4：Ce3+，Tb3+及CeMgB5O10：Ce3+；Tb3+；蓝色则用BaMg2AL16O37：Eu2+及Sr5-x-yBaxCay(PO4)3CL：Eu2+。用稀土族Eu、Tb等材料可以得到高量子效率，但稀土族元素较昂贵。用三色荧光粉Ra值可达80~85。若要得到Ra90，则需要具有如图2（c）所示宽带光谱的五种荧光粉，包括卤化磷酸盐、三色荧光粉以及宽带红色（620nm）Mn2+活性化的五硼（Pentaborate）酸盐等材料。
目前日光灯正朝着小管径紧凑型发展，这种灯被称为紧凑型荧光灯（CFL：Compact Fluorescent
Lamp），小直径（10~16mm）管可以直接用在灯座上，转换效率可达28%，比100W白炽灯要高四倍。这种灯因为省电、寿命长，并可与普通灯互换，已逐渐被普遍采用。
日光灯比白炽灯效率高、寿命长并且可选择光色，是室内照明光源中发展最快的光源，目前发光效率可达100lm/W，寿命可达24000h，Ra值大于83。日光灯的最大缺点是光输出与温度有关，在室温下具有最高输出功率，增加或减少温度均会使光输出功率减少，其他缺点是演色性不够高、受无线电波长影响较大以及有噪声，同时因为含汞对环境有影响，但是已在公共场所被大量使用。
4、 低压钠灯 低压钠灯（Low Pressure Sodium
Lamp）用钠代替汞可得到含有589nm及589.6nm（D线）的黄光，但钠熔点比汞高，也比汞活泼，要用抗钠玻璃。因为D线的发光效率约为530lm/W，所以低压钠灯的发光效率可达100~200lm/W，只是其演色性很低，Ra=-44，另外要长时间才能暖起来，所以大部分应用在街道及公路上。
5、 高压汞灯 高压汞（HPMV：High Pressure Mercury Vapor）灯在2~10 atm（1 atm=1.01325×105
Pa）下工作，光谱移到宽的长波长波段（405nm、436nm、546nm及578nm），如图3(a)所示，主要是蓝绿光，所以演色性低，Ra约为16，因为缺少红光，为了使Ra值提高到50，管内涂上一层荧光粉，一般用YV：Eu或Y（P，V，B）O4：Eu经UV光激发后变成红光，如图3(b)所示。高压汞灯的一半功率变成热，所以效率不高，但是温度稳定性极佳，一般寿命约8000~10000h，大部分应用在道路照明及商用建筑的照明。
6、 高压钠灯
高压钠灯主要是D线，如图3(c)所示，可以产生50~1000W功率，发光效率60~120lm/W，寿命可达24000h，演色性较差，Ra约为20~25，不适合用于室内照明。增加压力可以增加演色性，但会减少发光效率。最高演色性Ra可达85，色温2500K，但发光效率只有58lm/W。
7、 金属卤化物灯 金属卤化物（MH：Metal
Halide）灯是在高压汞灯中加入了其他金属，这样可以改进发光效率及演色性。金属卤化物的特性与钨丝卤化物相同。金属卤化物分解产生金属原子辐射出光，而当金属扩散至灯管的冷区时，又与卤化物合成金属卤化物。一般压力在10~100Torr(1Torr=1.33322×102
Pa)，虽然其压力比汞灯的1~20atm要小，但是其他金属产生一部分而其激发能量（约为4eV）比汞（约为7.8eV）要低，一般使用Na、Sc、Ta、In、Ce及稀土族碘化物，在连续光谱时使用Sn及Sn-Na卤化物、碘化物加硼化物及氯化物。图3(d)示出了金属卤化物加上稀土族（Dy/Ho/Tm）-Na-Tl后所得的光谱。
MH灯与HPMV灯结构相似，功率可以达到200~18000W，发光效率70~110lm/W，色温3000~8000K，Ra为60~95，寿命2000~30000h，可以用于办公室、超级市场、大型店以及工业照明，也可以用在室外照明。目前金属卤化物灯仍处在技术成长阶段，新技术仍在发展中，尤其是投影用金属卤化灯正向高演色性、高发光效率、高色温、小型化、超高亮度及长寿命方向发展，逐渐取代高压汞灯及钨丝卤素灯。
目前HID(High Intensity Discharge)灯包括高压汞灯、高压钠灯及金属卤化物灯，其中以金属卤化灯最具市场潜力及前瞻性。
A.Zukaskus
等人比较了各种照明光源的特性，其结果列在表1中，以供参考。表2比较了白炽灯、日光灯、金属卤化灯与发光二极管等光源的功率转换效率，由表可知白炽灯有极高的红外线损失，金属卤化灯的可见光转换效率最高，而LED虽无红外线的损失，但是有很多功率转变成热。
总之，照明光源已逐渐由白炽灯发展为日光灯，而未来的希望则是白光LED。白炽灯的色温在2500~3000K，而日光灯及白光LED的色温均可达3000~10000K。白炽灯是热发光，日光灯是气体发光，而白光LED是冷发光。白炽灯的寿命只有1000h，日光灯可达10000h，白光LED则可达100000h。白炽灯的反应时间慢，约为100ms，而且耗电、易碎；而日光灯反应较快但是含有汞会产生污染且易碎；白光LED则省电，固体元件特性强，耐震动、反应时间极快，只是价格高，技术尚未成熟。
LED景观照明的智能化控制技术特点及分类
LED景观照明的智能化控制技术，属于模拟或数码技术，或微机控制技术领域，多数为紧凑型或嵌入式系统 特点: ⑴可靠性高，价格优； ⑵常常批量不大； ⑶变化花样名目繁多； ⑷既有单灯控制，又有群控模式； ⑸非标设计很多； ⑹长或超长灯具多（如：长光带，很多壁灯线状布局情况）；因此，这与LED显示屏技术有很多不同之处。变幻控制模式 根据景观美化要求，变幻控制模式应该丰富多彩，旋律优美，节奏欢快，有时还要有撼动人心的强烈刺激视觉。色彩构成的控制 根据LED可控性好，色彩构成丰富的优越性，按照三基色原理加数字灰度控制技术，原理上可演变出几乎超越大自然存在的任意色彩。例如：三基色LED，如只采用二级灰度控制，即：明和暗，可实现8种色彩演变；又如：三基色LED，采用三级灰度控制，即：明、中、暗，可实现27种色彩变幻；再如：三基色LED，如都采用8为数码的灰度控制，色彩种类竟达到了另人吃惊的程度，达1677万种，连每一种颜色的名字你都来不及命名。当然色彩太多，有时对景观美化不一定有意义。电子控制特点 目前，LED灯具的电子控制结构，主要有5大类或更多：单灯控制、群灯控制、长或超长跨距灯控制、声响控制、感应控制。 LED微电子控制电路优化设计的焦点在于：可靠、价优，采用通用元器件。对于长或超长跨距灯的控制有以下要求：数十米、百米乃至千米以上的光带或线状布局的点光源。优化设计的目标还有：在运动控制上，要色彩丰富，变幻多姿，既含跳变，又有渐变，同时还要求最大限度地减少讯导线。当然有很多规范可以采用，例如：C-BUS系统，IEEE Standard 802等等，但很多场合不一定用得上，且价格高，市场竞争力差。为此，我司成功开发了一种性价比优越的全新系统。来源：LED在线灯饰网
检测LED频闪与频闪效应的方法
LED频闪效应指的是两个概念。一是频闪：即电光源光通量波动的深度，波动深度越大，频闪深度越大。二是频闪效应：即电光源频闪在人视觉上产生的负效应。频闪深度越大，负效应越大，危害越严重。频闪与频闪效应，跟电光源种类，及其技术性能具有直接的关係。不同种类与不同技术性能的电光源，其频闪与频闪效应程度也不同。频闪实际上是照明光源对眼睛的一种刺激感知。人眼对光源频闪的感知主要依赖于光源亮度的振幅和频率。光源亮度振幅又通常用振幅的调制百分比和它的亮度值来表示。实验证明，照明光源的频率不同使人眼可察觉频闪振幅调制的閾值百分比也不同。在频率低于15Hz时对振幅调制度要求较高，即使较小振幅调制度就会感知频闪，但当光源振盪频率达到50Hz以上，人眼就不易察觉到频闪。通过实验知道，光源亮度愈高，其临界闪烁频率会相应提高。另外，如果光源振盪频率更高就不易察觉频闪。但当用照明光源来观察一个旋转物体时，人眼可察觉光源频闪就不是以50Hz为界限了。一、检测评价工具直观检测与评价频闪与频闪效应的工具，通常采用频闪检测专用陀螺。二、检测标准是乙太阳光为标准的。太阳光的光通量是平滑稳定的，没有频闪与频闪效应危害。节能灯的光通量平滑稳定度，越接近太阳光，节能灯的频闪深度越小，频闪效应危害越小。三、检测与评价的方法1.先在太阳光底下选定一个平面，将专用检测陀螺放在平面上旋转。专用检测陀螺上的图案，是多道黑白相间的光环。在旋转的全过程中，陀螺上的图案，并不随着旋转的速度而发生变化，而是稳定固定。这种黑白相间，并且稳定固定的光环图案、色彩现象，表明太阳光没有频闪与频闪效应危害。2.在室内选定一个平面，在上方垂直吊掛一盏高压汞灯，和多隻不同厂家牌号的节能灯，并将节能灯编号。对高压汞灯和多隻不同厂家牌号的节能灯，实施独立的开关控制。3.点亮高压汞灯，将专用检测陀螺，放在高压汞灯下旋转。专用检测陀螺会产生多道色彩不同的光环，并且各道光环，会随着陀螺旋转速度的变化，表现出旋转方向、旋转速度、色彩的随机变化。这种图案、色彩的丰富变化现象，表明高压汞灯频闪与频闪效应危害非常严重。4.分别点亮节能灯，分别旋转专用检测陀螺。专用检测陀螺的图案、色彩，会分别产生下列变化的现象 。a、专用检测陀螺只产生多道黑白相间的光环，并且黑白相间的光环，随着陀螺旋转速度的变化。其旋转方向、旋转速度、色彩均不变化，稳定固定，近似于在太阳光底下的效果。表明这只节能灯，没有频闪与频闪效应危害。b、专用检测陀螺产生多道色彩不同的光环，并且各道光环，会随着陀螺旋转速度的变化，表现出旋转方向、旋转速度、色彩的随机变化，仅仅是色彩顏色较淡。表明这只节能灯仍产生频闪与频闪效应危害。c、在仍然产生频闪与频闪效应危害的节能灯中。色彩顏色相对较浓的节能灯，频闪与频闪效应危害相对严重些。色彩顏色相对较淡的节能灯，频闪与频闪效应危害相对轻一些。用频闪检测专用陀螺，评价节能灯频闪与频闪效应，直观筒便，易于操作。在实际照明节电工程设计中，应选用没有频闪效应危害的绿色光源，构建一个明亮、清晰、舒适的照明环境。来源：LEDinside
2008年5月19日星期一
白光LED的驱动电路
1、 提升电源调节器驱动白光LED的电路
白光LED的应用使闪光灯进入更新型的应用领域，它所显出的可靠性、耐久性以及白光LED的功耗控制能力使这些器件极具吸引力。在采用白炽灯时，对器件的电源管理只是简单的开关切换。然而白光LED不能直接采用闪光灯中的电池进行工作，因为它要求的电压是介于2.8V和4V之间的，而相比之下电池电压只有1.8V~3V。电源管理的复杂性有所增加，因为白光LED的光输出与电流相关，而白光LED的特征与电压呈现出极端非线性的关系。解决此问题的方法之一是提高电源的电流限制能力。
采用提升电源调节器驱动白光LED的电路如图1所示。提升电源调节器TPS6200×可以产生白光LED所需要的高电压。内部升压功率级可连接VIN与PGND端，从而为输出引脚L提供电流。此电路通过打开输出端开关进行工作，从而可以连接电感器L1上的电池电压。一旦电感器L1储存了足够的能量，输出端开关立即关闭。电感器电流可驱动开关节点切换到负极，并驱动输入端的能量转移到输出电容器C1中。由于输出端与输入端的开关是MOSFET管，因此压降低于二极管方案，从而可以实现高的效率。调节器TPS6200×通过检测电阻器能监控流经白光LED的电流，同时将检测电压与内部的0.45V参考电压进行对比，以实现调节功能。因此，电流与照度是检测电阻器电压的函数。虽然TPS6200×的内部参考电压比其他大多数变换器的电压要低，但也会造成功率损耗。在采用2.8~4V的白光LED电压时，其效率将降低10%~14%。应通过降低电阻器的阻值并采用放大器实现低电压，以降低这种损耗。
图1 提升电源调节器驱动白光LED的方案
图2示出了在350mA电流调整点时的负载电流调节与升压电压的效率曲线。在正常的电池电压范围内，工作效率可达到80%以上，但是随着电池电压降低到寿命终点值，效率会降低。另外，图2还说明了有无检测电阻的影响。在输入电压较高时，效率接近95%，而在输入电压较低时，效率将降到80%。曲线的趋势源自两个相关的效应：一是在高输入电压下，输入电流和开关电流较低，因此传导和开关损耗较低；二是与自耦变压器极其类似，升压功率级不处理总输入功率。功率级处理的功率量与升压电压相关，或者与输入电压和白光LED电压之间的压差相关。在此设计中，白光LED的电压大约为8.7V，因此，在8.2V的高压线路上，功率级只处理功率的6%[（8.7-8.2）/8.7]。在电流高得多的低压线路上，功率级要处理8.2V时的4倍功率，即24%的功率。
图2 电路的效率曲线 2、 白光LED的控制电路
白光LED为电流驱动器件，光输出强度由流过LED的电流决定。图3所示的是由电压源和限流电阻构成的一种简单偏置电路，流过白光LED的电流由下式确定：
IDIODE=（VCC-VF）/（RLIM+RDS（ON）） （1） 图3
LED偏置电路这种方式的成本较低，但要求不同二极管的正向电压VF要一致。图4、图5表示25℃时白光LED的正向电压（典型值）与导通电流的关系曲线。从电流指标可以看出，对于GaAsP白光LED，VF可以上升到2.7V（+40%）；对于InGaN白光LED，VF可以上升到4.2V（+20%）。如果系统中需要多只白光LED，如移动电话背板显示器采用8只白光LED，则按照图6的设计方案将需要多个限流电阻，占用较大的线路板面积。
图4 典型GaAsP正向电压与导通电流的对应关系 图5 典型InGaN正向电压与导通电流的对应关系 图 6
利用MAX1910/MAX1912电荷泵实现电流调节的电路
如果将VCC增大到VF的10倍以上，可以减少VF变化的影响，但耗电较多，不符合电池供电产品的需求。对于采用单节锂离子电池供电的系统，锂离子电池电压的变化范围为3~4.2V。如果白光LED的偏置电路只是简单地由锂离子电池和限流电阻组成，输出亮度将会产生明显的变化。合理的方案应该是采用电流偏置电路。（1）
电流偏置电路
电流偏置电路实际上是用一个电流源为白光LED提供偏置。如果电流源具有足够的动态范围，这种偏置方式将不受VF变化的影响。图7为电流偏置方案的原理图。该电路将图3中的限流电阻用电流源替代。光输出强度与电源和正向电压无关，只要有足够的电源电压为LED提供偏置即可。在图7中，Q1为使能控制开关。
图7 电流偏置方案的原理图
MAX1916为专用白光LED驱动集成电路，它提供了一种先进的白光LED电流偏置电路。MAX1916在微型SOT-23封装内集成了三组电流源，流过RSET的电流镜像到三个输出端，如图8所示。电路中几个相同的MOSFET管具有相同的栅源电源，因此，它们的沟道电流相同，电流的大小由镜像电流ISET决定。MAX1916的最大电流失配度为±5%，“镜像系数”为200A/A。也就是说，当ISET为50μA时，每个输出端的电流为10×（1±0.05）mA（最大值）。SET端由内部偏置在1.25V。ISET由下式决定：
ISET=（VCC-1.25V）/RSET （1） IOUT=200ISET （2） 图8 MAX1916为LED提供的镜像电流
每路电流之间的偏差为±5%。输出端饱和电压为： VOUT（SAT）=RDS×IOUT （3）
MAX1916的漏源电阻在整个温度范围内保证不高于50Ω。一个工作电流为2mA的GaAsP白光LED保证正常工作所需要的最低电压是VF+100mV，2.71V的输入电压能够将GaAsP白光LED的工作电压维持在2.7V。为了获得更低的压差和更高的输出电流，可以将MAX1916的三路输出并联构成“镜像系数”为600A/A的电流源，如图9所示。并联后的漏源电阻为50/3=16.67(Ω)（最大值）。这种连接方式允许单只白光LED在3V供电时电流达到20mA以上，满足目前便携式移动电话等产品的背光要求。用于设置端电流的电压源可以由带载能力较强的主电源单独提供，例如在移动电话中，VSET可以由射频（RF）电路的低噪声+2.8V电源提供。如果直接由单节锂离子电池供电，MAX1916适用于驱动正向电压较低的GaAsP白光LED，而对于正向电压较高的InGaN白光LED，则需采用其他驱动方案。因为由锂离子电池供电时，随着电池的放电，输入电压可能无法满足白光LED所要求的偏置电压。
图9 MAX1916的三路输出并联构成电流源（2） 用电荷泵升压变换器驱动白光LED的方案
正向电压为8.5~4.2V(在20mA电流下)的白光LED通常需要升压变换器，可以用电荷泵（如MAX682~MAX684）与MAX1916共同构成这种白光LED的驱动电路，如图10所示。MAX682~MAX684能够将2.7V的输入电压转换为5.05V输出，输出电流能够分别达到250mA、100mA和50mA。利用MAX684的关断控制引脚或MAX1916的使能控制引脚可以关闭白光LED。在图10所示电路中，MAX684在关断模式下，电源电流降至22μA；RSET=43kΩ时，白光LED的电流为22mA。
图10 采用电荷泵升压电路控制三只LED 图11所示的是利用电荷泵构成的白光LED电流控制电路，反馈调节电压的典型值为1.235V，
Ipk=1.235/RSENSE，选用24Ω的检流电阻能够为白光LED提供50mA电流。当电荷泵工作时，输出电压上升至白光LED的开启电压，白光LED开始导通。白光LED的典型正向电压为8.5×（1±0.1）V，加上反馈调节电压，MAX1759的输出端提供的偏置电压为4.735V。该电路输出电压的纹波在40mV以内，不会导致白光LED的输出产生明显变化，通常人眼觉察不到。另外，图11所示电路在关断状态下时输入与输出之间没直流通路。
图11 用电荷泵构成的白光LED电流控制电路（3） 基于电感变换器的白光LED驱动解决方案
MAX1848将升压变换器与电流控制电路集成在6引脚SOT-23封装内，利用电流检测驱动三组白光LED，每组包括三只串联连接的白光LED，如图12所示。输入电压范围为2.6~5.5V，MAX1848利用电压反馈结构调节流过白光LED的电流，较小的检流电阻（5Ω）有利于降低功耗，保持较高的转换效率。模拟控制器用于控制所有白光LED的亮度。在典型应用电路，L1=33μH，CCOMP=150nF，COUT=1.0μF，RSENSE=5Ω。白光LED的电流由控制电压确定，IOUT=VCTRL/（18.33×RSENSE）。
图12 用基于电感的电流调节器驱动多只LED
白光LED的亮度可以通过MAX1848的CTRL引脚的D/A变换器调节或电位器分压电路调节，电压控制范围为+250mV~+5.5V，将控制引脚接地可实现关断。负载功率为800mW时，电路转换效率达88%。
MAX1916内部配置三路可调电流源结构，可控制多种LED；直接采用单节锂离子电池供电，可驱动红光、绿光或黄光GaAsP
LED；配合电荷泵升压变换器，MAX1916还可用于驱动白光InGaN
LED。对于有更高功率要求的应用，需采用基于电感的MAX1848，外部只需要极少的元件，输出功率为800mW时转换效率达88%。（4）
由MAX1984构成的白光LED驱动电路
MAX1984的主要特点为：采用转换效率高于95%的升压式同步整流DC/DC变换器，并且无需外部肖特基二极管，工作频率为1MHz，可减小电感及电容的尺寸；驱动器总的效率高达90%；可驱动8只白光LED，其电流不匹配最大值为8%；可设定白光LED的最大电流；有三种方式可调节白光LED的亮度；可选择某些白光LED亮、某些不亮；可关闭白光LED控制，在关闭状态下静态电流为0.1A（典型值）；有独特的0.5mAV
LED测试模式；内部有过压保护；工作电压范围为2.7~5.5V；有低压锁存功能（2.4V）；采用20管脚小尺寸4mm×4mm
QFN封装；工作温度为-40~+85℃。 MAX1984的典型应用电路如图13所示，这是一个驱动8只白光LED的电路。有关能数的计算及组件的选择如下： 图13
MAX1984的典型应用电路 ①
亮度调节。白光LED的发光亮度能通过SETI端的电流进行选择（15%~100%）。有三种调节模式：DPWM模式、模拟电压模式及2位或3位并行控制模式。
·最大白光LED电流ILEDC（FS）的设定。最大白光LED电流ILEDC（FS）由SETI端来设定，SETI端接IN端时，ILED（FS）=18mA；SETI端接GND端，白光LED电流为0.5mA。SETI端接电阻RSETI时，ILED（FS）与RSETI阻值的关系为
ILED（FS）=12+0.75KVref/RSETI (4) 式中：K=3851，Vref=1.25V。
·DPWM模式调节。将MODE端及BITC端接IN端，BITB端悬空，DPWM信号由BITB端输入。这时白光LED的电流ILED由下式决定：
ILED=D×ILED（FS） （5）式中：ILED（FS）是由SETI端设定的电流值；D是DPWM信号的占空比。
平均电压的获得是通过内部的一个RC滤波器实现的，其时间常数为0.1ms，它适用于DPWM频率为10kHz~2MHz的情况。若采用更低的频率，则需要在BITB端外接一个电容CEXT到地，以增大其时间常数。DPWM的占空比为20%~100%。在DPWM模式下，当D小于5%且BITC端接低电平时，它进入关闭模式。
·模拟电压模式调节。将MODE端、BITA端及BITC端连接到IN端，直流控制电压从BITB端输入，该电压为140mV~0.75Vref(Vref=1.25V)。
·3位或2位并行控制模式。在3位并行控制时，MODE端接GND端；在2位并行控制时，MODE端接IN端，BITC端接地。 ②
关闭状态控制。在不同的亮度控制模式下，关闭控制方式也不同；在DPWM控制时，若BITA端输入的脉冲信号占空比小于5%（典型值），器件被关闭；在模拟电压控制时，若BITA端及BITB端都是低电平，器件被关闭；在并行控制时，若BITA、BITB、BITC端都是低电平，器件被关闭。
③ 有关组件参数的选择。
·电感器。由于振荡器的工作频率达1MHz，所以有可能采用低剖面高度的贴片式电感器，其电感量为10μH。所采用的电感器的饱和电流应大于内部开关的限制电流(0.65A)，碳性材料要满足1MHz的频率要求，采用有屏蔽的电感器可减少EMI的影响。
·输出电容器。输出电容器用于稳定电路及减小输出纹波电压。该电容容量为4.7μF（或采用两个2.2μF电容并联），可采用贴片式陶瓷电容器，因为它不仅温度稳定性好，而且等效串联电阻（ESR）小，有较小的纹波电压及更高的效率。额定电压取10V。
·输入电容器。输入电容器可减小对电源的峰值电流及减少噪声输入。一般此电容的容量与输出电容的容量相等，或者小于输出电容。此电容器应尽量接近IN端（小于5mm）。若输入电容器不采用贴片式多层陶瓷电容器，则需要另加一个0.1μF陶瓷电容以滤掉高频噪声。
3、 利用LDO改善白光LED的匹配度
白光LED在各种照明设备中的应用正在稳步增长，如手持产品中的闪光灯、显示器背光光源等。与白炽灯相比，它们提供真正的白光，消耗更低的功耗；与荧光灯相比，它们更易于使用。批量使用时，白光LED的一致性较差，但利用低成本的线性稳压器（LDO）可以改善其匹配度，即使在采用不同白光LED的情况下也可取得一定效果。
选用白光LED最明显的问题是产品的匹配性差。按照白光LED的典型规格，电流20mA时正向电压的最小值为3.0V，典型值为3.5V，最大值为4.0V。显然，稳压源不是合理的解决方案。利用相同的电流驱动每只LED可以获得均匀亮度，但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和限流电阻驱动白光LED，如图14所示。
图14 用固定偏置电压和限流电阻驱动LED的电路
按照图14设计的电路通常可以得到相当好的亮度匹配，但对于大批量生产的用户，同一批次的产品具有相当一致的特征指标，但批次之间的一致性较差。这就需要对每一批的白光LED进行测试，为其配置限流电阻。如果存在多个白光LED供货商，问题将更加严重。选用了三个厂商的LED（分别用A、B、C表示）按照图14所示电路进行测试，测试参数见表1。标号为A的白光LED选自一级白光LED供货商，标号为B的白光LED选自二级白光LED供货商，标号为C的白光LED是从电子配套市场购买的廉价白光LED。从测试结果看，不同商标的白光LED一致性较差，比标准平均电流偏差3.27mA。
表1 不同厂商白光LED的测试结果（mA）
从表1中的平均值可以看出，不同厂商提供的白光LED的一致性较差，其中A厂商提供的白光LED的吸取电流最大（平均24.6mA），B厂商提供的白光LED的吸取电流最小（平均为18.3mA）。不同厂商的白光LED的电流在采用相同的偏置电压、相同的限流电阻时差别较大，均方根误差为3.27mA。
单独调节每只白光LED的电流或至少对其中一只白光LED的电流进行调节，可以提高不同厂商或同一厂商不同批次白光LED的一致性，但这需要相当昂贵的控制芯片。在对成本要求苛刻的产品中，可以利用低压差线性稳压器（LDO）改善白光LED的一致性，无需选择阻值不同的限流电阻，具体电路如图15所示。在图15中，LDO工作在稳压稳流模式下，根据一只白光LED的正向电压的变化自动调节偏置电压。
图15 MAX8863的典型应用电路
图15所示电路中增加了一个低成本的LDO，得到可自动调节的偏置电压，有效地改善了不同批次、不同厂商生产的白光LED的匹配度。为考核图15所示电路的性能，将上述A、B、C三种白光LED按照图15所示电路进行了测试，测试结果如表2。从表2可以计算出，相同厂商白光LED电流的一致性略有下降，所得结果为0.77mA（图14所得结果为0.54mA），但不同厂商的白光LED电流的一致性得到了较大改善，均方根误差由3.27mA降低至0.96mA。
表2 利用图15所示电路测试三种不同厂商的白光LED的结果(mA)
图15所示电路需选择带有外部电压调节引脚的LDO，如MAX8863，其反馈门限电压为1.25V（VSET）。选用SOT-23封装的LDO可提高系统的性价比，因为多数SOT-23封装的LDO带有关断控制功能，从而省去了图14所示电路中控制白光LED通断或进行PWM亮度调节的N沟道MOSFET管。另外，LDO还具有较宽的输入电压范围，当与其他电路共用同一个5V电源时可以提供较高的电源抑制比（PSRR）。
图16所示电路是对图15所示电路的改进，适合便携式产品的背光光源要求。MAX8863可以驱动8只白光LED，每只白光LED的电流为15mA。当白光LED的正向电压较低或限流电阻的电流低于15mA时，所允许的输入电压更低，对不同厂商、不同批次的白光LED可提供较好的亮度匹配。
图16 图15所示电路的改进电路 4、 利用工作在降压模式的升压变换器驱动白光LED
用于装饰和建筑照明的低压卤素照明灯具正不断得到普及，但是由于卤素灯泡寿命相对较短、可靠性相对较低，大功率白光LED正在成为更好的选择。图17所示电路提供了一种驱动大功率白光LED的解决方案，即利用工作在“降压”模式的标准升压变换器驱动白光LED。这种解决方案的效率高达96%，与效率只有85%的标准方案相比，它具有很多实际优点。
图17 ZXSC310的典型应用电路
当MOSFET管（Q1）导通时，电流从输入端流过白光LED、并联滤波电容器（C2）、电感（L1）、Q1及检测电阻（R1），电流值由检测电阻值和ZXSC310检测电压的阈值（通常为19mV）所决定。
一旦电流达到所设定的相应峰值电流，MOSFET管就关断并保持1.7ms。在这段时间内，储存在电感内的电能通过肖特基二极管转移到白光LED中，从而保持白光LED的亮度。
对输入电压和串联白光LED的数量没有限制。为得到更高的输入电压，必须适当地调整C1、R2、VD1、C2和Q1的值以适应电压范围。对于更大数目的白光LED，最小输入电压必须大于串联白光LED的正向电压降。
通过采用降压模式的升压变换器方案，可以用一个低端N沟道MOSFET管替代典型降压变换器中常见的高端P沟道MOSFET管。N沟道MOSFET器件的固有导通损耗是尺寸相同的P沟道MOSFET器件的导通损耗的1/3。当然，在典型的降压变换器电路中也可以使用N沟道MOSFET管，但需要额外的自举电路对它进行驱动。低端开关也可以使峰值检测电流以地为参考，这与高峰电流检测相比，可提高精度并减小噪声。
通过在间断工作模式下采用升压方法，控制回路可工作在电流模式，为变换器提供周期性控制。这使该变换器从根本上保持稳定，与电压模式的降压变换器相比，设计得以简化。
上述方案的另外一个特点是，因为当电感处于充电状态时电流流过白光LED，所以白光LED电流的峰值将减小，这样在相同的白光LED亮度下可将峰值电流设置得更小，从而进一步改善效率、可靠性以及输入噪声性能。
白光LED的应用使闪光灯进入更新型的应用领域，它所显出的可靠性、耐久性以及白光LED的功耗控制能力使这些器件极具吸引力。在采用白炽灯时，对器件的电源管理只是简单的开关切换。然而白光LED不能直接采用闪光灯中的电池进行工作，因为它要求的电压是介于2.8V和4V之间的，而相比之下电池电压只有1.8V~3V。电源管理的复杂性有所增加，因为白光LED的光输出与电流相关，而白光LED的特征与电压呈现出极端非线性的关系。解决此问题的方法之一是提高电源的电流限制能力。
采用提升电源调节器驱动白光LED的电路如图1所示。提升电源调节器TPS6200×可以产生白光LED所需要的高电压。内部升压功率级可连接VIN与PGND端，从而为输出引脚L提供电流。此电路通过打开输出端开关进行工作，从而可以连接电感器L1上的电池电压。一旦电感器L1储存了足够的能量，输出端开关立即关闭。电感器电流可驱动开关节点切换到负极，并驱动输入端的能量转移到输出电容器C1中。由于输出端与输入端的开关是MOSFET管，因此压降低于二极管方案，从而可以实现高的效率。调节器TPS6200×通过检测电阻器能监控流经白光LED的电流，同时将检测电压与内部的0.45V参考电压进行对比，以实现调节功能。因此，电流与照度是检测电阻器电压的函数。虽然TPS6200×的内部参考电压比其他大多数变换器的电压要低，但也会造成功率损耗。在采用2.8~4V的白光LED电压时，其效率将降低10%~14%。应通过降低电阻器的阻值并采用放大器实现低电压，以降低这种损耗。
图1 提升电源调节器驱动白光LED的方案
图2示出了在350mA电流调整点时的负载电流调节与升压电压的效率曲线。在正常的电池电压范围内，工作效率可达到80%以上，但是随着电池电压降低到寿命终点值，效率会降低。另外，图2还说明了有无检测电阻的影响。在输入电压较高时，效率接近95%，而在输入电压较低时，效率将降到80%。曲线的趋势源自两个相关的效应：一是在高输入电压下，输入电流和开关电流较低，因此传导和开关损耗较低；二是与自耦变压器极其类似，升压功率级不处理总输入功率。功率级处理的功率量与升压电压相关，或者与输入电压和白光LED电压之间的压差相关。在此设计中，白光LED的电压大约为8.7V，因此，在8.2V的高压线路上，功率级只处理功率的6%[（8.7-8.2）/8.7]。在电流高得多的低压线路上，功率级要处理8.2V时的4倍功率，即24%的功率。
图2 电路的效率曲线 2、 白光LED的控制电路
白光LED为电流驱动器件，光输出强度由流过LED的电流决定。图3所示的是由电压源和限流电阻构成的一种简单偏置电路，流过白光LED的电流由下式确定：
IDIODE=（VCC-VF）/（RLIM+RDS（ON）） （1） 图3
LED偏置电路这种方式的成本较低，但要求不同二极管的正向电压VF要一致。图4、图5表示25℃时白光LED的正向电压（典型值）与导通电流的关系曲线。从电流指标可以看出，对于GaAsP白光LED，VF可以上升到2.7V（+40%）；对于InGaN白光LED，VF可以上升到4.2V（+20%）。如果系统中需要多只白光LED，如移动电话背板显示器采用8只白光LED，则按照图6的设计方案将需要多个限流电阻，占用较大的线路板面积。
图4 典型GaAsP正向电压与导通电流的对应关系 图5 典型InGaN正向电压与导通电流的对应关系 图 6
利用MAX1910/MAX1912电荷泵实现电流调节的电路
如果将VCC增大到VF的10倍以上，可以减少VF变化的影响，但耗电较多，不符合电池供电产品的需求。对于采用单节锂离子电池供电的系统，锂离子电池电压的变化范围为3~4.2V。如果白光LED的偏置电路只是简单地由锂离子电池和限流电阻组成，输出亮度将会产生明显的变化。合理的方案应该是采用电流偏置电路。（1）
电流偏置电路
电流偏置电路实际上是用一个电流源为白光LED提供偏置。如果电流源具有足够的动态范围，这种偏置方式将不受VF变化的影响。图7为电流偏置方案的原理图。该电路将图3中的限流电阻用电流源替代。光输出强度与电源和正向电压无关，只要有足够的电源电压为LED提供偏置即可。在图7中，Q1为使能控制开关。
图7 电流偏置方案的原理图
MAX1916为专用白光LED驱动集成电路，它提供了一种先进的白光LED电流偏置电路。MAX1916在微型SOT-23封装内集成了三组电流源，流过RSET的电流镜像到三个输出端，如图8所示。电路中几个相同的MOSFET管具有相同的栅源电源，因此，它们的沟道电流相同，电流的大小由镜像电流ISET决定。MAX1916的最大电流失配度为±5%，“镜像系数”为200A/A。也就是说，当ISET为50μA时，每个输出端的电流为10×（1±0.05）mA（最大值）。SET端由内部偏置在1.25V。ISET由下式决定：
ISET=（VCC-1.25V）/RSET （1） IOUT=200ISET （2） 图8 MAX1916为LED提供的镜像电流
每路电流之间的偏差为±5%。输出端饱和电压为： VOUT（SAT）=RDS×IOUT （3）
MAX1916的漏源电阻在整个温度范围内保证不高于50Ω。一个工作电流为2mA的GaAsP白光LED保证正常工作所需要的最低电压是VF+100mV，2.71V的输入电压能够将GaAsP白光LED的工作电压维持在2.7V。为了获得更低的压差和更高的输出电流，可以将MAX1916的三路输出并联构成“镜像系数”为600A/A的电流源，如图9所示。并联后的漏源电阻为50/3=16.67(Ω)（最大值）。这种连接方式允许单只白光LED在3V供电时电流达到20mA以上，满足目前便携式移动电话等产品的背光要求。用于设置端电流的电压源可以由带载能力较强的主电源单独提供，例如在移动电话中，VSET可以由射频（RF）电路的低噪声+2.8V电源提供。如果直接由单节锂离子电池供电，MAX1916适用于驱动正向电压较低的GaAsP白光LED，而对于正向电压较高的InGaN白光LED，则需采用其他驱动方案。因为由锂离子电池供电时，随着电池的放电，输入电压可能无法满足白光LED所要求的偏置电压。
图9 MAX1916的三路输出并联构成电流源（2） 用电荷泵升压变换器驱动白光LED的方案
正向电压为8.5~4.2V(在20mA电流下)的白光LED通常需要升压变换器，可以用电荷泵（如MAX682~MAX684）与MAX1916共同构成这种白光LED的驱动电路，如图10所示。MAX682~MAX684能够将2.7V的输入电压转换为5.05V输出，输出电流能够分别达到250mA、100mA和50mA。利用MAX684的关断控制引脚或MAX1916的使能控制引脚可以关闭白光LED。在图10所示电路中，MAX684在关断模式下，电源电流降至22μA；RSET=43kΩ时，白光LED的电流为22mA。
图10 采用电荷泵升压电路控制三只LED 图11所示的是利用电荷泵构成的白光LED电流控制电路，反馈调节电压的典型值为1.235V，
Ipk=1.235/RSENSE，选用24Ω的检流电阻能够为白光LED提供50mA电流。当电荷泵工作时，输出电压上升至白光LED的开启电压，白光LED开始导通。白光LED的典型正向电压为8.5×（1±0.1）V，加上反馈调节电压，MAX1759的输出端提供的偏置电压为4.735V。该电路输出电压的纹波在40mV以内，不会导致白光LED的输出产生明显变化，通常人眼觉察不到。另外，图11所示电路在关断状态下时输入与输出之间没直流通路。
图11 用电荷泵构成的白光LED电流控制电路（3） 基于电感变换器的白光LED驱动解决方案
MAX1848将升压变换器与电流控制电路集成在6引脚SOT-23封装内，利用电流检测驱动三组白光LED，每组包括三只串联连接的白光LED，如图12所示。输入电压范围为2.6~5.5V，MAX1848利用电压反馈结构调节流过白光LED的电流，较小的检流电阻（5Ω）有利于降低功耗，保持较高的转换效率。模拟控制器用于控制所有白光LED的亮度。在典型应用电路，L1=33μH，CCOMP=150nF，COUT=1.0μF，RSENSE=5Ω。白光LED的电流由控制电压确定，IOUT=VCTRL/（18.33×RSENSE）。
图12 用基于电感的电流调节器驱动多只LED
白光LED的亮度可以通过MAX1848的CTRL引脚的D/A变换器调节或电位器分压电路调节，电压控制范围为+250mV~+5.5V，将控制引脚接地可实现关断。负载功率为800mW时，电路转换效率达88%。
MAX1916内部配置三路可调电流源结构，可控制多种LED；直接采用单节锂离子电池供电，可驱动红光、绿光或黄光GaAsP
LED；配合电荷泵升压变换器，MAX1916还可用于驱动白光InGaN
LED。对于有更高功率要求的应用，需采用基于电感的MAX1848，外部只需要极少的元件，输出功率为800mW时转换效率达88%。（4）
由MAX1984构成的白光LED驱动电路
MAX1984的主要特点为：采用转换效率高于95%的升压式同步整流DC/DC变换器，并且无需外部肖特基二极管，工作频率为1MHz，可减小电感及电容的尺寸；驱动器总的效率高达90%；可驱动8只白光LED，其电流不匹配最大值为8%；可设定白光LED的最大电流；有三种方式可调节白光LED的亮度；可选择某些白光LED亮、某些不亮；可关闭白光LED控制，在关闭状态下静态电流为0.1A（典型值）；有独特的0.5mAV
LED测试模式；内部有过压保护；工作电压范围为2.7~5.5V；有低压锁存功能（2.4V）；采用20管脚小尺寸4mm×4mm
QFN封装；工作温度为-40~+85℃。 MAX1984的典型应用电路如图13所示，这是一个驱动8只白光LED的电路。有关能数的计算及组件的选择如下： 图13
MAX1984的典型应用电路 ①
亮度调节。白光LED的发光亮度能通过SETI端的电流进行选择（15%~100%）。有三种调节模式：DPWM模式、模拟电压模式及2位或3位并行控制模式。
·最大白光LED电流ILEDC（FS）的设定。最大白光LED电流ILEDC（FS）由SETI端来设定，SETI端接IN端时，ILED（FS）=18mA；SETI端接GND端，白光LED电流为0.5mA。SETI端接电阻RSETI时，ILED（FS）与RSETI阻值的关系为
ILED（FS）=12+0.75KVref/RSETI (4) 式中：K=3851，Vref=1.25V。
·DPWM模式调节。将MODE端及BITC端接IN端，BITB端悬空，DPWM信号由BITB端输入。这时白光LED的电流ILED由下式决定：
ILED=D×ILED（FS） （5）式中：ILED（FS）是由SETI端设定的电流值；D是DPWM信号的占空比。
平均电压的获得是通过内部的一个RC滤波器实现的，其时间常数为0.1ms，它适用于DPWM频率为10kHz~2MHz的情况。若采用更低的频率，则需要在BITB端外接一个电容CEXT到地，以增大其时间常数。DPWM的占空比为20%~100%。在DPWM模式下，当D小于5%且BITC端接低电平时，它进入关闭模式。
·模拟电压模式调节。将MODE端、BITA端及BITC端连接到IN端，直流控制电压从BITB端输入，该电压为140mV~0.75Vref(Vref=1.25V)。
·3位或2位并行控制模式。在3位并行控制时，MODE端接GND端；在2位并行控制时，MODE端接IN端，BITC端接地。 ②
关闭状态控制。在不同的亮度控制模式下，关闭控制方式也不同；在DPWM控制时，若BITA端输入的脉冲信号占空比小于5%（典型值），器件被关闭；在模拟电压控制时，若BITA端及BITB端都是低电平，器件被关闭；在并行控制时，若BITA、BITB、BITC端都是低电平，器件被关闭。
③ 有关组件参数的选择。
·电感器。由于振荡器的工作频率达1MHz，所以有可能采用低剖面高度的贴片式电感器，其电感量为10μH。所采用的电感器的饱和电流应大于内部开关的限制电流(0.65A)，碳性材料要满足1MHz的频率要求，采用有屏蔽的电感器可减少EMI的影响。
·输出电容器。输出电容器用于稳定电路及减小输出纹波电压。该电容容量为4.7μF（或采用两个2.2μF电容并联），可采用贴片式陶瓷电容器，因为它不仅温度稳定性好，而且等效串联电阻（ESR）小，有较小的纹波电压及更高的效率。额定电压取10V。
·输入电容器。输入电容器可减小对电源的峰值电流及减少噪声输入。一般此电容的容量与输出电容的容量相等，或者小于输出电容。此电容器应尽量接近IN端（小于5mm）。若输入电容器不采用贴片式多层陶瓷电容器，则需要另加一个0.1μF陶瓷电容以滤掉高频噪声。
3、 利用LDO改善白光LED的匹配度
白光LED在各种照明设备中的应用正在稳步增长，如手持产品中的闪光灯、显示器背光光源等。与白炽灯相比，它们提供真正的白光，消耗更低的功耗；与荧光灯相比，它们更易于使用。批量使用时，白光LED的一致性较差，但利用低成本的线性稳压器（LDO）可以改善其匹配度，即使在采用不同白光LED的情况下也可取得一定效果。
选用白光LED最明显的问题是产品的匹配性差。按照白光LED的典型规格，电流20mA时正向电压的最小值为3.0V，典型值为3.5V，最大值为4.0V。显然，稳压源不是合理的解决方案。利用相同的电流驱动每只LED可以获得均匀亮度，但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和限流电阻驱动白光LED，如图14所示。
图14 用固定偏置电压和限流电阻驱动LED的电路
按照图14设计的电路通常可以得到相当好的亮度匹配，但对于大批量生产的用户，同一批次的产品具有相当一致的特征指标，但批次之间的一致性较差。这就需要对每一批的白光LED进行测试，为其配置限流电阻。如果存在多个白光LED供货商，问题将更加严重。选用了三个厂商的LED（分别用A、B、C表示）按照图14所示电路进行测试，测试参数见表1。标号为A的白光LED选自一级白光LED供货商，标号为B的白光LED选自二级白光LED供货商，标号为C的白光LED是从电子配套市场购买的廉价白光LED。从测试结果看，不同商标的白光LED一致性较差，比标准平均电流偏差3.27mA。
表1 不同厂商白光LED的测试结果（mA）
从表1中的平均值可以看出，不同厂商提供的白光LED的一致性较差，其中A厂商提供的白光LED的吸取电流最大（平均24.6mA），B厂商提供的白光LED的吸取电流最小（平均为18.3mA）。不同厂商的白光LED的电流在采用相同的偏置电压、相同的限流电阻时差别较大，均方根误差为3.27mA。
单独调节每只白光LED的电流或至少对其中一只白光LED的电流进行调节，可以提高不同厂商或同一厂商不同批次白光LED的一致性，但这需要相当昂贵的控制芯片。在对成本要求苛刻的产品中，可以利用低压差线性稳压器（LDO）改善白光LED的一致性，无需选择阻值不同的限流电阻，具体电路如图15所示。在图15中，LDO工作在稳压稳流模式下，根据一只白光LED的正向电压的变化自动调节偏置电压。
图15 MAX8863的典型应用电路
图15所示电路中增加了一个低成本的LDO，得到可自动调节的偏置电压，有效地改善了不同批次、不同厂商生产的白光LED的匹配度。为考核图15所示电路的性能，将上述A、B、C三种白光LED按照图15所示电路进行了测试，测试结果如表2。从表2可以计算出，相同厂商白光LED电流的一致性略有下降，所得结果为0.77mA（图14所得结果为0.54mA），但不同厂商的白光LED电流的一致性得到了较大改善，均方根误差由3.27mA降低至0.96mA。
表2 利用图15所示电路测试三种不同厂商的白光LED的结果(mA)
图15所示电路需选择带有外部电压调节引脚的LDO，如MAX8863，其反馈门限电压为1.25V（VSET）。选用SOT-23封装的LDO可提高系统的性价比，因为多数SOT-23封装的LDO带有关断控制功能，从而省去了图14所示电路中控制白光LED通断或进行PWM亮度调节的N沟道MOSFET管。另外，LDO还具有较宽的输入电压范围，当与其他电路共用同一个5V电源时可以提供较高的电源抑制比（PSRR）。
图16所示电路是对图15所示电路的改进，适合便携式产品的背光光源要求。MAX8863可以驱动8只白光LED，每只白光LED的电流为15mA。当白光LED的正向电压较低或限流电阻的电流低于15mA时，所允许的输入电压更低，对不同厂商、不同批次的白光LED可提供较好的亮度匹配。
图16 图15所示电路的改进电路 4、 利用工作在降压模式的升压变换器驱动白光LED
用于装饰和建筑照明的低压卤素照明灯具正不断得到普及，但是由于卤素灯泡寿命相对较短、可靠性相对较低，大功率白光LED正在成为更好的选择。图17所示电路提供了一种驱动大功率白光LED的解决方案，即利用工作在“降压”模式的标准升压变换器驱动白光LED。这种解决方案的效率高达96%，与效率只有85%的标准方案相比，它具有很多实际优点。
图17 ZXSC310的典型应用电路
当MOSFET管（Q1）导通时，电流从输入端流过白光LED、并联滤波电容器（C2）、电感（L1）、Q1及检测电阻（R1），电流值由检测电阻值和ZXSC310检测电压的阈值（通常为19mV）所决定。
一旦电流达到所设定的相应峰值电流，MOSFET管就关断并保持1.7ms。在这段时间内，储存在电感内的电能通过肖特基二极管转移到白光LED中，从而保持白光LED的亮度。
对输入电压和串联白光LED的数量没有限制。为得到更高的输入电压，必须适当地调整C1、R2、VD1、C2和Q1的值以适应电压范围。对于更大数目的白光LED，最小输入电压必须大于串联白光LED的正向电压降。
通过采用降压模式的升压变换器方案，可以用一个低端N沟道MOSFET管替代典型降压变换器中常见的高端P沟道MOSFET管。N沟道MOSFET器件的固有导通损耗是尺寸相同的P沟道MOSFET器件的导通损耗的1/3。当然，在典型的降压变换器电路中也可以使用N沟道MOSFET管，但需要额外的自举电路对它进行驱动。低端开关也可以使峰值检测电流以地为参考，这与高峰电流检测相比，可提高精度并减小噪声。
通过在间断工作模式下采用升压方法，控制回路可工作在电流模式，为变换器提供周期性控制。这使该变换器从根本上保持稳定，与电压模式的降压变换器相比，设计得以简化。
上述方案的另外一个特点是，因为当电感处于充电状态时电流流过白光LED，所以白光LED电流的峰值将减小，这样在相同的白光LED亮度下可将峰值电流设置得更小，从而进一步改善效率、可靠性以及输入噪声性能。
LED电性测试及产品使用
测试 VF、亮度、波长时电流必须设为20mA，测试VR时IR设为10uA,测试IR时VR设为5V，检测和使用 LED时，必须给每个LED提供相同的电流即使用恒流源检测，才能保证检测亮度及其它特性的一致性； LED 使用在环境温度为 -30 ℃ ~＋60 ℃之间 ; 用分光分色好的产品时，不能把不同等级箱号（每包标签上有标识）的产品混合使用在同一个产品上，以免产生颜色及亮度差异，如确要混等级箱号使用，相邻等级箱号方可放在一起使用，但尽量避免。
led封装技术及结构
LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。 LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。 一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0．2-0．3nm／℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1％左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数LED的驱动电流限制在20mA左右。但是，LED的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。 进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙LED光效已达到100Im／W，绿LED为501m／W，单只LED的光通量也达到数十Im。LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强LED内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。 产品封装结构类型 自上世纪九十年代以来，LED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度(1cd以上)红、橙、黄、绿、蓝的LED产品相继问市，如表1所示，2000年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。 LED产品封装结构的类型如表2所示，也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当连接(包括串联和并联)与合适的光学结构组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。表面贴装LED可逐渐替代引脚式LED，应用设计更灵活，已在LED显示市场中占有一定的份额，有加速发展趋势。固体照明光源有部分产品上市，成为今后LED的中、长期发展方向。 引脚式封装 LED脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。标准LED被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案，典型的传统LED安置在能承受0．1W输入功率的包封内，其90％的热量是由负极的引脚架散发至PCB板，再散发到空气中，如何降低工作时pn结的温升是封装与应用必须考虑的。包封材料多采用高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可*性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸，例如，圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4．4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。花色点光源有多种不同的封装结构：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的工作温度性能，引脚可弯曲成所需形状，体积小；金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯，适作电源指示用；闪烁式将CMOS振荡电路芯片与LED管芯组合封装，可自行产生较强视觉冲击的闪烁光；双色型由两种不同发光颜色的管芯组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除双色外还可获得第三种的混合色，在大屏幕显示系统中的应用极为广泛，并可封装组成双色显示器件；电压型将恒流源芯片与LED管芯组合封装，可直接替代5—24V的各种电压指示灯。面光源是多个LED管芯粘嵩谖⑿蚉CB板的规定位置上，采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成，PCB板的不同设计确定外引线排列和连接方式，有双列直插与单列直插等结构形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸，供市场及客户适用。 LED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形状与结构。以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显示器。反射罩式具有字型大，用料省，组装灵活的混合封装特点，一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个LED管芯粘结在与反射罩的七个反射腔互相对位的PCB板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引线，在反射罩内滴人环氧树脂，与粘好管芯的PCB板对位粘合，然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种，前者采用散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂透明绝缘胶，提高出光效率，一般用于四位以上的数字显示。单片集成式是在发光材料晶片上制作大量七段数码显示器图形管芯，然后划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜(俗称鱼眼透镜)的外壳。单条七段式将已制作好的大面积LED芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上，经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可采用双列直插式封装，大多是专用产品。LED光柱显示器在106mm长度的线路板上，安置101只管芯(最多可达201只管芯)，属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透明罩壳的13-15条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为复杂。 半导体pn结的电致发光机理决定LED不可能产生具有连续光谱的白光，同时单只LED也不可能产生两种以上的高亮度单色光，只能在封装时借助荧光物质，蓝或紫外LED管芯上涂敷荧光粉，间接产生宽带光谱，合成白光；或采用几种(两种或三种、多种)发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过色光的混合构成白光LED。这两种方法都取得实用化，日本2000年生产白光LED达1亿只，发展成一类稳定地发白光的产品，并将多只白光LED设计组装成对光通量要求不高，以局部装饰作用为主，追求新潮的电光源。 表面贴装封装 在2002年，表面贴装封装的LED(SMD LED)逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。 早期的SMD LED大多采用带透明塑料体的SOT-23改进型，外形尺寸3．04×1．11mm，卷盘式容器编带包装。在SOT-23基础上，研发出带透镜的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年，SMD LED成为一个发展热点，很好地解决了亮度、视角、平整度、可*性、一致性等问题，采用更轻的PCB板和反射层材料，在显示反射层需要填充的环氧树脂更少，并去除较重的碳钢材料引脚，通过缩小尺寸，降低重量，可轻易地将产品重量减轻一半，最终使应用更趋完美，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。 焊盘是其散热的重要渠道，厂商提供的SMD LED的数据都是以4．0×4．0mm的焊盘为基础的，采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度LED产品可采用PLCC(塑封带引线片式载体)-2封装，外形尺寸为3．0×2．8mm，通过独特方法装配高亮度管芯，产品热阻为400K／W，可按CECC方式焊接，其发光强度在50mA驱动电流下达1250mcd。七段式的一位、两位、三位和四位数码SMD LED显示器件的字符高度为5．08-12．7mm，显示尺寸选择范围宽。PLCC封装避免了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序，符合自动拾取—贴装设备的生产要求，应用设计空间灵活，显示鲜艳清晰。多色PLCC封装带有一个外部反射器，可简便地与发光管或光导相结合，用反射型替代目前的透射型光学设计，为大范围区域提供统一的照明，研发在3．5V、1A驱动条件下工作的功率型SMD LED封装。 功率型封装 LED芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数W功率的LED封装已出现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年初开始供货，白光LED光输出达1871m，光效44．31m／W绿光衰问题，开发出可承受10W功率的LED，大面积管；匕尺寸为2．5×2．5mm，可在5A电流下工作，光输出达2001m，作为固体照明光源有很大发展空间。 Luxeon系列功率LED是将A1GalnN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装对于取光效率，散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点：热阻低，一般仅为14℃／W，只有常规LED的1／10；可*性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40-120℃范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光功率，外量子效率等性能优异，将LED固体光源发展到一个新水平。 Norlux系列功率LED的封装结构为六角形铝板作底座(使其不导电)的多芯片组合，底座直径31．75mm，发光区位于其中心部位，直径约(0.375×25．4)mm，可容纳40只LED管芯，铝板同时作为热沉。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接，根据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其发射光分别为单色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光学设计形状进行包封。这种封装采用常规管芯高密度组合封装，取光效率高，热阻低，较好地保护管芯与键合引线，在大电流下有较高的光输出功率，也是一种有发展前景的LED固体光源。 在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热沉使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的SMD LED体积很小，可灵活地组合起来，构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。 功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，对功率型LED芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。 LED发展及应用前景 近几年，LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，广泛用于大面积图文显示全彩屏，状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的背光源，汽车组合尾灯及车内照明等等方面，其发展前景吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。极具发展与应用前景的是白光LED，用作固体照明器件的经济性显著，且有利环保，正逐步取代传统的白炽灯，世界年增长率在20％以上，美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。目前，普通白光LED发光效率251m／W，专家预计2005年可能超过3001m／W。功率型LED优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域，被学术界和产业界认为是LED进入照明市场的必由之路。为替代荧光灯、白光LED必须具有150—2001m／W的光效，且每Im的价格应明显低于0．015／Im(现价约0．25$／Im，红LED为0．065／Im)，要实现这一目标仍有很多技术问题需要研究，但克服解决这些问题并不是十分遥远的事。按固体发光物理学原理，LED的发光效率能近似100％，因此，LED被誉为21世纪新光源，有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。
LED辞典
表面粘着型LED的出现是在1980年初，是因应更小型封装和工厂自动化而生。初期厂商裹足不前，主要因素是表面粘着LED最早面临的问题是无法完成高温红外线下焊锡回流的步骤。LED的比热较IC低，温度升高时不仅会造成亮度下降，且超过摄氏100度时将加速组件的劣化。LED封装时使用的树脂会吸收水分，这些水分子急速汽化时，会使原封装树脂产生裂缝，影响产品效益。在1990年初，HP和Siemens
Component Group合作开发长分子键聚合物，作为表面粘着型LED配合取放机器的设计，表面粘着型LED到此才算正式登场。 LED Light
Emitting Diode。发光二极管。 LED为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用III-
V族化学元素（如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。LED最大的特点在于：无须暖灯时间(idling
time)、反应速度很快(约在10^-9秒)、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，如汽车、通讯产业、计算机、交通号志、显示器等。
LED又可以分成上、中、下游。从上游到下游，产品在外观上差距相当大。上游是由磊芯片形成，这种磊芯片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形，厚度相当薄，就像是一个平面金属一样。LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占LED制造成本70%左右，对LED产业极为重要。上游磊晶制程顺序为：单芯片(III-V族基板)、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。中游厂商就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样，通常用特殊胶带固定之后，再送到下游厂商作封装处理。中游晶粒制程顺序为：磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。而，下游封装顺序为：晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。国内主要的LED生产厂商有：鼎元、光磊、国联、亿光等企业。红外线发光二极管 红外线Light
Emitting Diode。主要以GaAs系列材料发展为主，通常以LPE液相磊晶法的方法制作，发光波长从850~940不等。
GaP 磷化镓。磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。GaP是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为LED主要使用材料之一。
GaN 氮化镓。氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。GaN使MOVPE制作技术，可制作高亮度纯蓝光LED及纯绿光LED，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。MOVPE虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作GaN蓝光LED其中仍须相当的专业知识、经验和技巧
AlInGaP 磷化铝铟镓。
AlInGaP此材料是近年来用在高亮度LED之制造上较新的材料，使用MOVPE磊晶法制程。目前世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国HP、日本Toshiba、台湾国联光电。
AlGaAs 砷化铝镓。为GaAs和AlAs的混晶。AlGaAs适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以LPE磊晶法量产，但因需制作AlGaAs基板，技术难度高。反向粘着型薄芯片LED reverse
mounting type
薄芯片LED。此种芯片可粘着在穿式印刷电路板上，减少LED所占的厚度。主要可用作可携式电话按键之背光源。侧面发光直角LED 此种LED芯片是从最上层面发光，但可将发光面旋转一个面焊接。侧面发光直角LED有超小型和高亮度两种，超小型是用于LCD背光源、呼叫器、行动电话；高亮度型是用作汽、机车第三剎车灯和户外显示器。直角表面粘着型LED灯泡 SIDELED。直角表面粘着型LED灯泡不需额外的光学件或反射器，焊接后光线的行径路线可与各电路板平行，使工程人员在设计时有较大的弹性，因而可在设计的后段再加上此产品，而不需事先考虑。产品可应用在自动安全断电开关、背光源和光导管等，用作电话和数据处理系统的指示灯。可见光LED 可见光Light
Emitting Diode。
LED(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。可见光LED产品主要包括传统LED、高亮度AlGaInP(磷化铝镓铟)红、黄、橘光
LED及InGaN(氮化铟镓)蓝、绿光LED、以及白光LED。其产品以显示用途为主，又以亮度一烛光(1
cd)作为一般LED和高亮度LED之分界点。一般LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED后者则适合于户外显示，如汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。不可见光LED 不可见光Light
Emitting Diode。
LED(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。不可见光LED，波长850至1550奈米，其短波长红外光可作为红外线无线通讯使用，如红外线LED应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等；长波长红外光，则应用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。
GaN LED 氮化镓发光二极管。 GaN LED是属于直接能隙之半导体材料， 其能隙为3.4ev， 而AlN为6.3ev，
InN为2.0ev，将这几种材料做成混晶时，可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev，因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。目前最成功的GaN组件有高亮度蓝光及绿光LED，因GaN高亮度蓝光、绿光LED的开发成功，使得户外全彩LED显示器及LED交通号志得以实现，各种
LED的应用也更加广泛。以高亮度蓝光LED激发萤光物质（phospher）可以产生白光，其低耗电及高寿命的特性，未来有可能取代一般照明用的白炽灯泡，GaN
LED的市场潜力十分雄厚。 OLED OELD。Organic Electro-Luminescence
Display。有机电激发光。透过电流驱动有机薄膜来发光，其发光可为单独的之红色、蓝色、绿色，甚至是全彩。由于OLED所使用的有机化合物材料会自行发光，因此不像LCD面板后方须要加上背光源，可以大幅降低耗电、简化制程、使面板厚度变薄。OLED的特点为具有自发光、广视角、响应速度快、低耗电量、对比强、亮度高、厚度薄、可全彩化，及动画显示等，被认为是极具潜力的平面显示技术。国内目前有铼宝、光磊、东元激光、翰立光电等厂商投入。室内用LED显示看板
LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块
Cluster，再由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不同的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。室内用的LED
显示看板，因观看的距离近，所以要求的分辨率较高，一般是使用点矩阵式模块，因室内的环境较稳定，所以比较不需要做防水防护装置及散热等措施，施工方面比较容易。户外用LED显示看板
LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块Cluster，由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。户外LED看板，观看距离较远，分辨率要求相对的较低，但对亮度、可见度及耐候性的要求都比较高，所以在户外的施工上比较需要考虑散热和防水等问题。大型LED显示屏 大型LED显示屏需要组合不同的元组件与技术，一家厂商很难完全自产自足，因此外围产业的分工十分重要。大型LED显示屏需要的元组件包括：Driver
IC、LED Cluster、Power
Supply、Cable及机械框架等；技术方面的需求包括：防静电设计、电力配电规划、驱动线路设计、驱动软件设计、机械结构设计（散热、视角、支撑、遮阳、防潮等考量）以及亮度、色度的测试技术等。
UV LED紫外线二极管 UV
LED（紫外线发光二极管）照明不仅可净化空气、节约能源，并可望取代现有的萤光灯与白热灯等照明装置，加上过去仅及405nm的波长带最近扩大到200nm，预期应用范围将大幅扩大到杀菌、废水处理、除臭、医疗、皮肤病治疗、辨识伪钞与环境Sensor等领域。光通量
(Luminous flux,Φ)单位为：流明 (lumen, lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。 光强度 (luminous
intensity, I )光源在某一方向立体角内之光通量大小。单位：坎德拉 (candela, cd) 照度 (Illuminance, E)单位：勒克斯
(Lux, lx)照度是光通量与被照面之比值。1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。 辉度 (Luminance,
L)单位：坎德拉每平方米
(cd/㎡)一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。发光二极管(Light Emitting
Diode,简称LED)?
是一种藉外加电压激发电子而放射出光(电能→光)的光电半导体组件。发光现象属半导体中的直接发光(没有第三质点的介入)。整个发光现象可分为三个过程(直接发光)：
价电带的电子受外来的能量(顺向偏压)，被激发至导电带，并 同时于价电带遗留一个电洞，形成电子-电洞对。
受激发的电子于导电带中，与其它质点碰撞(散射)，损失部份能量，而接近导电带边缘。
一旦导电带边缘的电子于价电带觅得电洞时，电子即从导电带边缘，经由陷阱中心(释放热能)或发光中心(释放光能)，回到价电带与电洞复合，电子-电洞对消 失。
因为LED主要是电子经由发光中心与电洞复合而发光，所以是一种微细的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求，成为日常生活中十分普遍的产品。
利用各种化合物半导体材料及组件结构之变化，设计出不同的LED。依其发光波长分为可见光、不可见光(红外光、紫外光)。
可见光：有红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，主要以显示用 途为主。又以亮度1烛光 (cd)
作为一般亮度和高亮度之分界点。一般亮度LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED则适合于户外显示，如：汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志 等。
不可见光：短波长红外光可作为红外线无线通讯使用；长波长红外光则使用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。
使用的材料基本上已大致决定LED所释出的波长，其中，适合制作1000mcd以上之高亮度LED的材料，由长波长而短波长，分别为AlGaAs（砷化铝镓）、AlGaInP（磷化铝铟镓）及GaInN（氮化铟镓）等。
AlGaAs（砷化铝镓）适合于制造高亮度红光及红外线
LED，主要以液相磊晶(LPE)法进行量产，使用双异质接面构造(DH)为主，但因为须制作AlGaAs基板，技术的困难度很高，故投资开发的厂商较 少。
AlGaInP（磷化铝铟镓）适合于高亮度红、橘、黄及黄绿光LED，主要以金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产，使用双异质接面(DH)及量子井
(QW)构造，效率更为提高。且由于AlGaInP红光LED在高温与高湿环境下，其寿命试验结果优于AlGaAs红光LED，未来有成为红光LED主流 的趋势。
GaInN（氮化铟镓）适合于高亮度深绿、蓝、紫及紫外光 LED，以高温的金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产，也采用双异质接面 (DH)及量子井(QW)
构造，效率比前述的 AlGaAs、AlGaInP 更高。全球各大厂均已积极投入相关材料组件技术之研发，并有所突破。
白光LED，乃是日本日亚公司利用蓝光LED加上黄色萤光材料构成的，其光电转换效率于
1998年4月已提升至15流明/瓦，比传统灯泡略高，若以常见照明灯具之开发历程来看，白光LED极有机会成为未来于照明产业之明星产品。
LED设计之初，主要是利用于家用电器品显示器，广告看板或装饰用。但由于其具有固定波长及操作方便等特点，已逐渐利用于植物生产研究上。1987年开始有学者利用LED固定波长特性，应用在植物向地性，型态改变及病害发生上的研究。日本千叶大学古在（Kozai）教授研究室将其应用在组织瓶苗的生产研究上。预计未来在光研究上将有极大应用价值。当然，目前LED亮度和价格仍未达实用化阶段，不过，由于极具市场潜力，各方面研究正急速的展开，LED势必成为提供植物生长的新兴光源。外延片生长
外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和SiC两种）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。MOCVD金属有机物化学气相淀积（Metal-
OrganicChemicalVaporDeposition，简称 MOCVD），
1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多
学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光
二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。
Component Group合作开发长分子键聚合物，作为表面粘着型LED配合取放机器的设计，表面粘着型LED到此才算正式登场。 LED Light
Emitting Diode。发光二极管。 LED为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用III-
V族化学元素（如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。LED最大的特点在于：无须暖灯时间(idling
time)、反应速度很快(约在10^-9秒)、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，如汽车、通讯产业、计算机、交通号志、显示器等。
LED又可以分成上、中、下游。从上游到下游，产品在外观上差距相当大。上游是由磊芯片形成，这种磊芯片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形，厚度相当薄，就像是一个平面金属一样。LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占LED制造成本70%左右，对LED产业极为重要。上游磊晶制程顺序为：单芯片(III-V族基板)、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。中游厂商就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样，通常用特殊胶带固定之后，再送到下游厂商作封装处理。中游晶粒制程顺序为：磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。而，下游封装顺序为：晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。国内主要的LED生产厂商有：鼎元、光磊、国联、亿光等企业。红外线发光二极管 红外线Light
Emitting Diode。主要以GaAs系列材料发展为主，通常以LPE液相磊晶法的方法制作，发光波长从850~940不等。
GaP 磷化镓。磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。GaP是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为LED主要使用材料之一。
GaN 氮化镓。氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。GaN使MOVPE制作技术，可制作高亮度纯蓝光LED及纯绿光LED，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。MOVPE虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作GaN蓝光LED其中仍须相当的专业知识、经验和技巧
AlInGaP 磷化铝铟镓。
AlInGaP此材料是近年来用在高亮度LED之制造上较新的材料，使用MOVPE磊晶法制程。目前世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国HP、日本Toshiba、台湾国联光电。
AlGaAs 砷化铝镓。为GaAs和AlAs的混晶。AlGaAs适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以LPE磊晶法量产，但因需制作AlGaAs基板，技术难度高。反向粘着型薄芯片LED reverse
mounting type
薄芯片LED。此种芯片可粘着在穿式印刷电路板上，减少LED所占的厚度。主要可用作可携式电话按键之背光源。侧面发光直角LED 此种LED芯片是从最上层面发光，但可将发光面旋转一个面焊接。侧面发光直角LED有超小型和高亮度两种，超小型是用于LCD背光源、呼叫器、行动电话；高亮度型是用作汽、机车第三剎车灯和户外显示器。直角表面粘着型LED灯泡 SIDELED。直角表面粘着型LED灯泡不需额外的光学件或反射器，焊接后光线的行径路线可与各电路板平行，使工程人员在设计时有较大的弹性，因而可在设计的后段再加上此产品，而不需事先考虑。产品可应用在自动安全断电开关、背光源和光导管等，用作电话和数据处理系统的指示灯。可见光LED 可见光Light
Emitting Diode。
LED(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。可见光LED产品主要包括传统LED、高亮度AlGaInP(磷化铝镓铟)红、黄、橘光
LED及InGaN(氮化铟镓)蓝、绿光LED、以及白光LED。其产品以显示用途为主，又以亮度一烛光(1
cd)作为一般LED和高亮度LED之分界点。一般LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED后者则适合于户外显示，如汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。不可见光LED 不可见光Light
Emitting Diode。
LED(发光二极管)的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。不可见光LED，波长850至1550奈米，其短波长红外光可作为红外线无线通讯使用，如红外线LED应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等；长波长红外光，则应用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。
GaN LED 氮化镓发光二极管。 GaN LED是属于直接能隙之半导体材料， 其能隙为3.4ev， 而AlN为6.3ev，
InN为2.0ev，将这几种材料做成混晶时，可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev，因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。目前最成功的GaN组件有高亮度蓝光及绿光LED，因GaN高亮度蓝光、绿光LED的开发成功，使得户外全彩LED显示器及LED交通号志得以实现，各种
LED的应用也更加广泛。以高亮度蓝光LED激发萤光物质（phospher）可以产生白光，其低耗电及高寿命的特性，未来有可能取代一般照明用的白炽灯泡，GaN
LED的市场潜力十分雄厚。 OLED OELD。Organic Electro-Luminescence
Display。有机电激发光。透过电流驱动有机薄膜来发光，其发光可为单独的之红色、蓝色、绿色，甚至是全彩。由于OLED所使用的有机化合物材料会自行发光，因此不像LCD面板后方须要加上背光源，可以大幅降低耗电、简化制程、使面板厚度变薄。OLED的特点为具有自发光、广视角、响应速度快、低耗电量、对比强、亮度高、厚度薄、可全彩化，及动画显示等，被认为是极具潜力的平面显示技术。国内目前有铼宝、光磊、东元激光、翰立光电等厂商投入。室内用LED显示看板
LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块
Cluster，再由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不同的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。室内用的LED
显示看板，因观看的距离近，所以要求的分辨率较高，一般是使用点矩阵式模块，因室内的环境较稳定，所以比较不需要做防水防护装置及散热等措施，施工方面比较容易。户外用LED显示看板
LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块Cluster，由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。户外LED看板，观看距离较远，分辨率要求相对的较低，但对亮度、可见度及耐候性的要求都比较高，所以在户外的施工上比较需要考虑散热和防水等问题。大型LED显示屏 大型LED显示屏需要组合不同的元组件与技术，一家厂商很难完全自产自足，因此外围产业的分工十分重要。大型LED显示屏需要的元组件包括：Driver
IC、LED Cluster、Power
Supply、Cable及机械框架等；技术方面的需求包括：防静电设计、电力配电规划、驱动线路设计、驱动软件设计、机械结构设计（散热、视角、支撑、遮阳、防潮等考量）以及亮度、色度的测试技术等。
UV LED紫外线二极管 UV
LED（紫外线发光二极管）照明不仅可净化空气、节约能源，并可望取代现有的萤光灯与白热灯等照明装置，加上过去仅及405nm的波长带最近扩大到200nm，预期应用范围将大幅扩大到杀菌、废水处理、除臭、医疗、皮肤病治疗、辨识伪钞与环境Sensor等领域。光通量
(Luminous flux,Φ)单位为：流明 (lumen, lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。 光强度 (luminous
intensity, I )光源在某一方向立体角内之光通量大小。单位：坎德拉 (candela, cd) 照度 (Illuminance, E)单位：勒克斯
(Lux, lx)照度是光通量与被照面之比值。1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。 辉度 (Luminance,
L)单位：坎德拉每平方米
(cd/㎡)一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。发光二极管(Light Emitting
Diode,简称LED)?
是一种藉外加电压激发电子而放射出光(电能→光)的光电半导体组件。发光现象属半导体中的直接发光(没有第三质点的介入)。整个发光现象可分为三个过程(直接发光)：
价电带的电子受外来的能量(顺向偏压)，被激发至导电带，并 同时于价电带遗留一个电洞，形成电子-电洞对。
受激发的电子于导电带中，与其它质点碰撞(散射)，损失部份能量，而接近导电带边缘。
一旦导电带边缘的电子于价电带觅得电洞时，电子即从导电带边缘，经由陷阱中心(释放热能)或发光中心(释放光能)，回到价电带与电洞复合，电子-电洞对消 失。
因为LED主要是电子经由发光中心与电洞复合而发光，所以是一种微细的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求，成为日常生活中十分普遍的产品。
利用各种化合物半导体材料及组件结构之变化，设计出不同的LED。依其发光波长分为可见光、不可见光(红外光、紫外光)。
可见光：有红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，主要以显示用 途为主。又以亮度1烛光 (cd)
作为一般亮度和高亮度之分界点。一般亮度LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED则适合于户外显示，如：汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志 等。
不可见光：短波长红外光可作为红外线无线通讯使用；长波长红外光则使用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。
使用的材料基本上已大致决定LED所释出的波长，其中，适合制作1000mcd以上之高亮度LED的材料，由长波长而短波长，分别为AlGaAs（砷化铝镓）、AlGaInP（磷化铝铟镓）及GaInN（氮化铟镓）等。
AlGaAs（砷化铝镓）适合于制造高亮度红光及红外线
LED，主要以液相磊晶(LPE)法进行量产，使用双异质接面构造(DH)为主，但因为须制作AlGaAs基板，技术的困难度很高，故投资开发的厂商较 少。
AlGaInP（磷化铝铟镓）适合于高亮度红、橘、黄及黄绿光LED，主要以金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产，使用双异质接面(DH)及量子井
(QW)构造，效率更为提高。且由于AlGaInP红光LED在高温与高湿环境下，其寿命试验结果优于AlGaAs红光LED，未来有成为红光LED主流 的趋势。
GaInN（氮化铟镓）适合于高亮度深绿、蓝、紫及紫外光 LED，以高温的金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产，也采用双异质接面 (DH)及量子井(QW)
构造，效率比前述的 AlGaAs、AlGaInP 更高。全球各大厂均已积极投入相关材料组件技术之研发，并有所突破。
白光LED，乃是日本日亚公司利用蓝光LED加上黄色萤光材料构成的，其光电转换效率于
1998年4月已提升至15流明/瓦，比传统灯泡略高，若以常见照明灯具之开发历程来看，白光LED极有机会成为未来于照明产业之明星产品。
LED设计之初，主要是利用于家用电器品显示器，广告看板或装饰用。但由于其具有固定波长及操作方便等特点，已逐渐利用于植物生产研究上。1987年开始有学者利用LED固定波长特性，应用在植物向地性，型态改变及病害发生上的研究。日本千叶大学古在（Kozai）教授研究室将其应用在组织瓶苗的生产研究上。预计未来在光研究上将有极大应用价值。当然，目前LED亮度和价格仍未达实用化阶段，不过，由于极具市场潜力，各方面研究正急速的展开，LED势必成为提供植物生长的新兴光源。外延片生长
外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和SiC两种）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。MOCVD金属有机物化学气相淀积（Metal-
OrganicChemicalVaporDeposition，简称 MOCVD），
1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多
学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光
二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。
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