中心議題：

• 高效率LED驅動電路的特性
• 高效率LED驅動電路的問題

解決方案：

• 提高光效可降低結溫
• 改變LED的IF實現LED調色
  
  、調光
• 采用防靜電材料

1、單個led的流明效率與用LED作光源構成的燈具的流明效率異同

針對某一個特定的LED，加上規定的正向偏置，例如加上IF＝20mA正向電流後（對應的VF≈3.4V），測得的輻射光通量Φ＝1.2lm
，則這個LED的流明效率為：

η＝1.2lm×1000/3.4V×20mA＝1200/68≈17.6lm/W

顯然，對於單個LED，如施加的電功率Pe＝VF×IF，那麼在這個功率下測得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個LED的流明效率。

但是，作為一個燈具
，不論LED PN結上實際加上的功率VF×IF是多少，燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率
，它包括了電源部分（如穩壓器、穩流源、交流整流成直流電源部分等）所消耗的功率。燈具中，驅動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED的流明效率要下降。電路損耗越大
，流明效率越低，因此，尋找一種高效率的LED驅動電路就顯得極為重要。

2

、藍光LED塗上特殊熒光粉構成白光LED後輻射光通量會比高出十幾倍

從前麵我們已經知道白光LED是用什麼方法製造出來的
，其中一種方法是在發藍光的LED芯片上塗上一層YAG熒光粉，部分藍光光子激發YAG熒光粉，形成光?光轉換，熒光粉被激發產生黃光光子，藍色光與黃色光混合變成白色光，成為白光LED。這種通過光?光轉換後不同波長的光的混合，會使它的波譜變寬，白光LED一般具有比LED藍光波譜寬得多的波譜。對於用藍光芯片加YAG熒光粉製成的白光LED，與單色LED相比
，人眼對它的視覺函數應當是各種波長成分視覺函數的積分平均值
，此值可以通過計算得到約為296lm，即這種白光LED
，當發射出光功率1W的白光時，其輻射光通量約為296lm，這個數值比發射光功率1W的藍色LED的輻射光通量41增大了7.2倍。

3
、LED的結溫如何產生

LED的基本結構是一個半導體的PN 結。實驗指出，當電流流過LED器件時，PN結的溫度將上升，嚴格意義上說，就把PN結區的溫度定義為LED的結溫。通常由於器件芯片均具有很小的尺寸
，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結溫。

窗口層襯底或結區的材料以及導電的銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻值相互壘加，構成LED的串聯電阻。當電流流過PN結時，同時也會流過這些電阻
，從而也會產生焦爾熱
，引起芯片溫度或結溫升高；由於LEDxinpiancailiaoyuzhouweijiexiangbi，juyoudadeduodezheshexishu
，zhishixinpianneibuchanshengdedabufenguangwufashunlidiyichujiemian
，erzaixinpianyujiezhijiemianchanshengquanfanshe
，fanhuixinpianneibubingtongguoduocineibufanshezuizhongbeixinpiancailiaohuochendixishou
，bingyijinggezhendongdexingshibianchengre
，cushijiewenshenggao。

4、LED PN結上溫度升高會引起它的光電參數退化

PN結作為雜質半導體在其工作過程中，同樣存在雜質電離
、本征激發、雜質散射和晶格散射等問題，從而使複合栽流子轉換成光子的數量和效能發生變化。當PN結的溫度（例如環境溫度）升高時

，PN結(jie)內(nei)部(bu)雜(za)質(zhi)電(dian)離(li)加(jia)快(kuai)，本(ben)征(zheng)激(ji)發(fa)加(jia)速(su)。當(dang)本(ben)征(zheng)激(ji)發(fa)產(chan)生(sheng)的(de)複(fu)合(he)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)濃(nong)度(du)遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過(guo)雜(za)質(zhi)濃(nong)度(du)時(shi)
，本(ben)征(zheng)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)數(shu)量(liang)增(zeng)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)之(zhi)遷(qian)移(yi)率(lv)減(jian)小(xiao)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)電(dian)阻(zu)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)更(geng)為(wei)嚴(yan)重(zhong)
，導(dao)致(zhi)內(nei)量(liang)子(zi)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)
，溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)又(you)導(dao)致(zhi)電(dian)阻(zu)率(lv)下(xia)降(jiang)，使(shi)同(tong)樣(yang)IF下，VF降低。如果不用恒流源驅動LED，則VF降將促使IF指數式增加
，這個過程將使LED PN 結上溫升更加快
，最終溫升超過最大結溫
，導致LED PN結失效
，這是一個正反饋的惡性過程。

PN結上溫度升高，使半導體PN結中處於激發態的電子?空穴複合時從高能級向低能級躍遷時發射出光子的過程發生退化。這是由於PN結上溫度升高時
，半導體晶格的振幅增大，使振動的能量也發生增加，當它超過一定值時，電子?空穴從激發態躍遷到基態時回與晶格原子（或離子）交換能量，於是成為無光子輻射的躍遷，LED的光學性能退化。

另外，PN結上溫度升高還會引起雜質半導體中電離雜質離子所形成的晶格場使離子能級裂變，能級分裂受PNjiewenduyingxiang
，zhejiuyiweizheyouyuwenduyingxiangjinggezhendong，shiqijinggechangdeduichengxingfashengbianhua，congeryinqinengjifenlie，daozhidianziyueqianshichanshengdeguangpufashengbianhua，zhejiushiLED發光波長隨PN 結溫升而變化的原因。

綜合上述，LEN PN結上溫升會引起它的電學、光學和熱學性能的變化，過高的溫升還會引起LED封裝材料（例如環氧、熒光粉等）物理性能的變化，嚴重時導致LED失效，所以降低PN結溫升
，是應用LED的重要關鍵所在。
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5、提高光效可降低結溫

通常將單位輸入電功率所產生的光能稱之為光電轉換效率簡稱光效。根據能量守恒定律，LED的輸入功率最終將通過光與熱兩種形式釋放出來，光效越高放出的熱量越少
，LED芯片的溫升就越小
，這就是提高光效可降低結溫的基本原理。

6
、如何實現LED的調光
、調色

由於LED的發光強度IV（或光輻射通量）與它的工作電流IF在一定電流範圍內呈縣性關係
，即隨著電流IF增大，IV也隨之增大，因此
，改變LED的IF，就可以改變它的發光強度，實現調光。

由色度學原理可以知道，如果將紅
、綠
、藍三原色作混合，在適當的三原色亮度比的組合下


，理論上可以獲得無數種色彩，這就可以用三種發光波長的LED，隻要具有例如：470nm（藍色）、525 nm（綠色）和620 nm（紅色）的三種波長的LED通過點亮和IF控製
，就可以實現色彩的調控
，即調色。

7、哪些類型的LED容易受靜電破壞導致失效

靜電實際是由電荷累積構成。人們在日常生活中，特別是在幹燥天氣環境中，當用手去觸摸門窗類物品時會感覺“觸電”，這就是門窗類物品靜電積累到一定程度時對人體的“放電”。對於羊毛織品、尼ni龍long化hua纖xian物wu品pin，靜jing電dian積ji累lei的de電dian壓ya可ke高gao達da一yi萬wan多duo伏fu特te，電dian壓ya十shi分fen高gao，但dan靜jing電dian功gong率lv不bu大da
，不bu會hui威wei脅xie生sheng命ming
，然ran而er對dui於yu某mou些xie電dian子zi器qi件jian卻que可ke以yi致zhi命ming，造zao成cheng器qi件jian失shi效xiao。

LED中用GN基構成的器件，由於是寬禁帶半導體材料，它的電阻率較高，對於InGaN/AlGaN/GaN的雙異質結藍色光LED，其InGaN的有源層的厚度一般隻有幾十納米
，再由於這種LED的兩個正
、負電極在芯片同一麵上

，之間距離很小
，若兩端的靜電電荷累積到一定值時，這一靜電電壓會將PN擊穿

，使其漏電增大，嚴重時PN結擊穿短路，LED失效。

正因為存在靜電威脅，對於上述結構的LED芯片和器件在加工過程中對加工廠地、機器、工具
、儀器
，包括員工服裝均要采取防靜電措施，確保不損傷LED。另外
，在芯片和器件的包裝上也要采用防靜電材料。

另外，PN結上溫度升高還會引起雜質半導體中電離雜質離子所形成的晶格場使離子能級裂變
，能級分裂受PNjiewenduyingxiang，zhejiuyiweizheyouyuwenduyingxiangjinggezhendong，shiqijinggechangdeduichengxingfashengbianhua，congeryinqinengjifenlie，daozhidianziyueqianshichanshengdeguangpufashengbianhua，zhejiushiLED發光波長隨PN 結溫升而變化的原因。

綜合上述，LEN PN結上溫升會引起它的電學、光學和熱學性能的變化
，過高的溫升還會引起LED封裝材料（例如環氧

、熒光粉等）物理性能的變化，嚴重時導致LED失效，所以降低PN結溫升，是應用LED的重要關鍵所在。

5、提高光效可降低結溫

通常將單位輸入電功率所產生的光能稱之為光電轉換效率簡稱光效。根據能量守恒定律，LED的輸入功率最終將通過光與熱兩種形式釋放出來，光效越高放出的熱量越少，LED芯片的溫升就越小
，這就是提高光效可降低結溫的基本原理。

6、如何實現LED的調光、調色

由於LED的發光強度IV（或光輻射通量）與它的工作電流IF在一定電流範圍內呈縣性關係，即隨著電流IF增大，IV也隨之增大，因此，改變LED的IF，就可以改變它的發光強度
，實現調光。

由色度學原理可以知道，如果將紅、綠、藍三原色作混合，在適當的三原色亮度比的組合下，理論上可以獲得無數種色彩，這就可以用三種發光波長的LED
，隻要具有例如：470nm（藍色）、525 nm（綠色）和620 nm（紅色）的三種波長的LED通過點亮和IF控製，就可以實現色彩的調控，即調色。

7、哪些類型的LED容易受靜電破壞導致失效

靜電實際是由電荷累積構成。人們在日常生活中，特別是在幹燥天氣環境中，當用手去觸摸門窗類物品時會感覺“觸電”
，這就是門窗類物品靜電積累到一定程度時對人體的“放電”。對於羊毛織品、尼ni龍long化hua纖xian物wu品pin，靜jing電dian積ji累lei的de電dian壓ya可ke高gao達da一yi萬wan多duo伏fu特te
，電dian壓ya十shi分fen高gao
，但dan靜jing電dian功gong率lv不bu大da
，不bu會hui威wei脅xie生sheng命ming，然ran而er對dui於yu某mou些xie電dian子zi器qi件jian卻que可ke以yi致zhi命ming，造zao成cheng器qi件jian失shi效xiao。

LED中用GN基構成的器件，由於是寬禁帶半導體材料
，它的電阻率較高，對於InGaN/AlGaN/GaN的雙異質結藍色光LED，其InGaN的有源層的厚度一般隻有幾十納米
，再由於這種LED的兩個正、負電極在芯片同一麵上，之間距離很小，若兩端的靜電電荷累積到一定值時，這一靜電電壓會將PN擊穿
，使其漏電增大，嚴重時PN結擊穿短路
，LED失效。

正因為存在靜電威脅
，對於上述結構的LED芯片和器件在加工過程中對加工廠地
、機器、工具、儀器，包括員工服裝均要采取防靜電措施，確保不損傷LED。另外，在芯片和器件的包裝上也要采用防靜電材料。