LED的电学指标
1、 LED的电流-电压特性图
图1所示为LED工作的电流-电压（I-V）特性图。发光二极管具有与一般半导体三极管相似的输入伏安特性曲线。我们分别对图中所示的各段进行说明。
图1 LED工作的电流-电压特性图
OA段：正向死区
VA为开启LED发光的电压。红色（黄色）LED的开启电压一般为0.2~0.25V,绿色（蓝色）LED的开启电压一般为0.3~0.35V。
AB段：工作区
在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么发光二极管的正向电压会减小，而正向电流会加大。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。
OC段：反向死区
发光二极管加反向电压是不发光的（不工作），但有反向电流。这个反向电流通常很小，一般在几μA之内。在1990~1995年，反向电流定为10μA，1995~2000年为5μA；目前一般是在3μA以下，但基本上是0μA。
CD段：反向击穿区
发光二极管的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V。超过这个电压，就会出现反向击穿，导致LED报废。
2、 LED的电学指标
对于LED器件，一般常用的电学指标有以下几项：
·正向电压 VF：LED正向电流在20mA时的正向电压。
·正向电流 IF：对于小功率LED，目前全世界一致定为20mA，这是小功率LED的正常工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片，所以IF就要根据芯片的规格来确定正向工作电流。
·反向漏电流IR：按LED以前的常规规定，指反向电压在5V时的反向漏电流。如上面所说，随着发光二极管性能的提高，反向漏电流会越来越小，但大功率LED芯片尚未明确规定。
·工作时的耗散功率PD：即正向电流乘以正向电压。
3、 LED的极限参数
对于LED器件，一般常用的极限参数有以下几项：
·最大允许耗散功率Pmax=IFH×VFH：一般按环境温度为25℃时的额定功率。当环境温度升高，则LED的最大允许耗散功率将会下降。
·最大允许工作电流IFM：由最大允许耗散功率来确定。参考一般的技术手册中给出的工作电流范围，最好在使用时不要用到最大工作电流。要根据散热条件来确定，一般只用到最大电流IFM的60%为好。
·最大允许正向脉冲电流IFP：一般是由占空比与脉冲重复频率来确定。LED工作于脉冲状态时，可通过调节脉宽来实现亮度调节，例如LED显示屏就是利用这个手段来调节亮度的。
·反向击穿电压VR：一般要求反向电流为指定值的情况下可测试反向电压VR，反向电流一般为5~100μA之间。反向击穿电压通常不能超过20V，在设计电路时，一定要确定加到LED的反向电压不要超过20V。
4、 LED的其他电学参数
在高频电路中使用LED时，还要考虑以下两个因素：
·结电容Cj
·响应时间：上升时间tr，下降时间t f
当LED接在高频电路中使用时，要考虑到结电容和上升、下降时间，否则LED无法正常工作。
LED原理及应用介绍之一2009年02月06日 星期五 17:03一、LED原理、原材料组成及生产工艺
1，LED原理。LED是Light Emitting Diode即发光二极管的缩写，最早于1962年由GE（General Electric Company）研究人员Nick Holonyak Jr.发明。其I-V特性与普通二极管比较类似，所不同的是其内部PN结具有发光特性。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，即PN结。当PN结导通时，两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放出能量，即辐射发光。任何二极管都会有此发光的特性（通常非可见光且发光效率非常低），不同的是发光二极管通过使用特殊的材料、特殊的工艺，使得PN结发光的效率提高，发光的频率一致，从而得到可使用的特定频率的光。通常所说的LED是指能发出可见光的发光二极管。
2，LED组成结构及原材料。以普通直插式LED为例（如仪表上所用的LED指示灯），通常LED由以下几部分组成：支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂外壳等。其中支架主要起导电和支撑LED的作用，不同的LED使用的支架种类也不一样；银胶的作用主要是固定晶片以及导电，晶片是由能发光的半导体材料组成，是LED最核心的部分，晶片基本上决定了整颗LED的特性；金线的作用是连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。环氧树脂的作用：保护LED的内部结构，可稍微改变LED的发光颜色、亮度及角度。如下图：
LED晶片又被称为Ⅲ-Ⅴ族晶片，主要是因为其成份是化学元素周期表上的Ⅲ族Ⅴ族的元素。Ⅲ族元素为P型材料，Ⅴ族元素为N型材料，芯片的材料主要是Ⅲ族，Ⅴ族元素的化合物，如磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、砷铝化镓（GaAlAs）氮化镓（GaN）。
另外，对于大功率LED（如LED路灯、LED背光模组等），其内部要复杂一些，因为大的驱动电流必然会产生高的结温，故需要有相应的散热措施来保证LED的正常工作；而且大功率LED所用到的材料及内部结构也与普通LED有相当的差异。
3．LED的生产过程。业界通常把LED的产业链划分为三个层次：上游厂商负责生产单晶片、磊晶片等；中游厂商负责生产将晶片制作成可使用的晶粒；而下游厂商则将晶粒进行封装，生产出完整可用的LED。
晶片的生产，以As晶片为例，其生产过程如下：
因使用者通常是从LED下游厂商买到LED，故LED下游厂商的封装能力、工艺直接影响到LED的品质，LED封装流程如下：
a, 固晶：将银胶点在支架碗内，再将晶片放入碗中，利用银胶将晶片和支架粘在一起，然后放入烤箱将银胶烘烤干。
b,焊线：将固晶好的材料放在焊线机上，将金线焊在晶线上方及第二焊点处，使阴阳极可导。如果焊线不牢，在运输及使用过程中可能导致金线脱落，从而使得LED不能正常发光。
c,封胶：将Epoxy胶充分混合后，灌入模粒中，再将固晶焊线好之支架插入模粒中，一起放入烤箱烘烤，将Epoxy烤干。因LED中的晶片对潮湿非常敏感，所以烘烤过程中一定要保证将湿气完全烘出。烘烤不完全的LED，极有可能在生产现场或用户使用早期就发生故障。
d,离模：将胶焊干之支架从模粒中脱离出来。
e,切单颗：将离模之支架切成一颗一颗的LED成品，至此LED制造完成。
整个生产过程须完全保证ESD、EOS、潮湿、烟尘的防护。
一、LED常见参数
1. 正向工作电流If（Forward Current）
If是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED，其允许流过的最大电流也会不一样，在实际应用中通常选择If=0.6*Ifmax，须留有一定的余量。
2. 正向脉冲工作电流Ifp（Peak Forward Current）
Ifp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命，通常会采用脉冲形式来驱动LED，通常LED规格书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。
3. 正向工作电压Vf（Forward Voltage）
Vf是指在给定的工作电流下，LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压，当然不同的LED，测试条件和测试结果也会不一样。
4. V-I特性（V-I curve）
LED通过的电压与电流的关系曲线。LED的V-I特性与普通二极管类似，在正向电压小于阈值时，正向电流极小，LED不发光；当电压超过阈值，正向电流就会迅速增加，相比普通二极管，LED的V-I曲线要陡一些。
5. 反向电压Vr（Reverse Voltage ）
是指LED所能承受的最大反向电压，超过此反向电压，可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时，要特别注意不要超过反向电压。
6. 反向电流Ir（Reverse Current）
通常指在最大反向电压情况下，流过LED的反向电流。
7. 允许功耗Pdm（Maximum Power Dissipation）
LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗，可能会损坏LED。
8. 工作温度Topr（Operating Temperature）
LED能正常工作的温度范围。使用者要注意根据使用环境的不同来选用不同工作温度的LED。
9. 发光强度Iv（Luminous Intensity ）
LED的发光强度通常是指法线方向（对柱形LED是指其轴线方向）的发光强度。若在该方向上的发光强度为(1/683)W/sr时，则发光强度为1坎德拉(cd)。由于LED发光强度一般较小，故常用单位为烛光(mcd)。
10. 半值角θ1/2（Half Angle）
LED的发光强度会随着角度的偏离而减弱。当光强减弱到法线方向的一半时，此方向与法线的夹角即为半值角。通常半值角是对称的。
11. 视角（Viewing Angle）
通常视角定义为2θ1/2。
12. 中心波长λp（Peak Wave Length）
是指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色，对于双色或多色LED，会有几个不同的中心波长值。
13. 半值波长Δλ（Spectral Line Half-width）
因LED所发光的光并非只有单一波长，而是一个波段。当特定波长的光强度为中心波长光强度一半时，其相差的波长区间即为Δλ。
一、LED应用
1. 驱动电路
普通的小功率LED通常用作状态指示。对于LED而言，长时间的直流偏压，会影响LED的寿命和性能，所以通常应采用脉冲驱动的方式来供电。但从DSP或MCU出来的信号电流通常很微弱，难以驱动LED发光，所以通常要放大电路，将信号放大后来驱动LED发光。对于不同的LED，工作电流及正向压降会有所不同，电路中所选取的器件也要相应改变。如下：
对于大功率LED，驱动电路要复杂一些。如照明LED，需要采用特定的供电电路来给LED供电，同时需要相应的ESD及EOS防护措施。而诸如LED发光模组，则需要相应的驱动芯片来产生驱动信号，再经由放大电路送入LED，使之发光。
2. 使用环境
LED是湿敏及静电敏感元器件，包装、运输及使用过程中都须注意防潮及防静电。如贴片式LED须要求用防静电真空袋包装，拆封后尽快使用。温度对LED也有很大的温度，通常随着温度的升高，LED所能承受的正向电流值会逐步下降，所以在选取LED时，要注意产品的工作环境温度，留出足够的余量。
3. 选型
首先要确定所要选用的LED发光颜色及亮度。对颜色要求比较严格的应有相应的颜色测试，不同厂商出产的同色LED虽然中心波长相近，但由于制造工艺、封装外壳材质等的影响，颜色上可能会呈现一些小的差异。不同颜色的LED，对亮度的要求也不一样。如红色LED，达到一定亮度后，色泽可能已经饱和，再增加亮度已无必要；而绿色LED，则很少会有饱和的问题。
其次是确定工作电压/电流/功率等电气参数。电气特性直接影响到应用电路，电路所提供的工作电流/功率/使用温度，都应留有一定的余量，应尽量采用脉冲方式驱动。对于可视角要求比较高的应用场合，应选用可视角较大的LED。
二、LED产业发展历程及相关企业背景
LED所用半导体材料实际在20世纪初就被发现，但实际可用的LED最早是由GE公司研究人员Nick Holonyak Jr.( 尼克?何伦亚克)于1962年发明，当时所用的材料为GaAsP，发红光（λp=650nm）。到20世纪70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm）。到1996年，日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED，LED光谱得以健全，此后LED产业步入高速发展的轨道。
发展到现在，LED已不单局限在小功率指示和照明范围内，随着技术水平的提高，以其节能环保长寿命发光效率高的特性，在家用照明、汽车尾灯、路灯、灯饰、背光模组、多媒体显示等领域都有高速的发展。
前面也有提到，按照LED的构成及生产环节，通常将LED产业链划分为上、中、下游三部分。上游产品主要为单晶片；中游产品主要为晶粒；下流产品即为封装好的LED。
目前上游晶片主要为欧美日企业所掌控，如美国Cree、Lumileds、GelCore，日本Nichia、ToyodaGosei，德国Osram。韩国及台湾厂商主要在中低端晶片部分进行竞争。
日美这些企业几乎掌握了上游产业大部分的专利技术，代表了整个LED产业的最高水平。日亚化学(Nichia)和丰田合成(ToyodaGosei)在LED发展中占有重要地位，都形成了LED完整的产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在专利技术方面具有垄断优势；Cree、GelCore等都有自己成熟的技术体系，但其在产业链上只集中在外延和芯片的制备上；Lumileds则关注于大功率LED的研发，在白光照明领域实力雄厚。
上、中游产业部分，日本企业几乎占据了全球LED产能的一半。除此之外，韩国及台湾地区的企业也有相当的实力。如Samsung、晶电、杰圆、元砷、光磊等厂商。
而下游产业，特别是小功率LED，台湾地区封装产量最高，占到世界的60%以上，并且还在不断增长之中。其中代表性的企业有：亿光、佰鸿、华兴等。
1. 驱动电路
普通的小功率LED通常用作状态指示。对于LED而言，长时间的直流偏压，会影响LED的寿命和性能，所以通常应采用脉冲驱动的方式来供电。但从DSP或MCU出来的信号电流通常很微弱，难以驱动LED发光，所以通常要放大电路，将信号放大后来驱动LED发光。对于不同的LED，工作电流及正向压降会有所不同，电路中所选取的器件也要相应改变。如下：
对于大功率LED，驱动电路要复杂一些。如照明LED，需要采用特定的供电电路来给LED供电，同时需要相应的ESD及EOS防护措施。而诸如LED发光模组，则需要相应的驱动芯片来产生驱动信号，再经由放大电路送入LED，使之发光。
2. 使用环境
LED是湿敏及静电敏感元器件，包装、运输及使用过程中都须注意防潮及防静电。如贴片式LED须要求用防静电真空袋包装，拆封后尽快使用。温度对LED也有很大的温度，通常随着温度的升高，LED所能承受的正向电流值会逐步下降，所以在选取LED时，要注意产品的工作环境温度，留出足够的余量。
3. 选型
首先要确定所要选用的LED发光颜色及亮度。对颜色要求比较严格的应有相应的颜色测试，不同厂商出产的同色LED虽然中心波长相近，但由于制造工艺、封装外壳材质等的影响，颜色上可能会呈现一些小的差异。不同颜色的LED，对亮度的要求也不一样。如红色LED，达到一定亮度后，色泽可能已经饱和，再增加亮度已无必要；而绿色LED，则很少会有饱和的问题。
其次是确定工作电压/电流/功率等电气参数。电气特性直接影响到应用电路，电路所提供的工作电流/功率/使用温度，都应留有一定的余量，应尽量采用脉冲方式驱动。对于可视角要求比较高的应用场合，应选用可视角较大的LED。
二、LED产业发展历程及相关企业背景
LED所用半导体材料实际在20世纪初就被发现，但实际可用的LED最早是由GE公司研究人员Nick Holonyak Jr.( 尼克?何伦亚克)于1962年发明，当时所用的材料为GaAsP，发红光（λp=650nm）。到20世纪70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm）。到1996年，日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED，LED光谱得以健全，此后LED产业步入高速发展的轨道。
发展到现在，LED已不单局限在小功率指示和照明范围内，随着技术水平的提高，以其节能环保长寿命发光效率高的特性，在家用照明、汽车尾灯、路灯、灯饰、背光模组、多媒体显示等领域都有高速的发展。
前面也有提到，按照LED的构成及生产环节，通常将LED产业链划分为上、中、下游三部分。上游产品主要为单晶片；中游产品主要为晶粒；下流产品即为封装好的LED。
目前上游晶片主要为欧美日企业所掌控，如美国Cree、Lumileds、GelCore，日本Nichia、ToyodaGosei，德国Osram。韩国及台湾厂商主要在中低端晶片部分进行竞争。
日美这些企业几乎掌握了上游产业大部分的专利技术，代表了整个LED产业的最高水平。日亚化学(Nichia)和丰田合成(ToyodaGosei)在LED发展中占有重要地位，都形成了LED完整的产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在专利技术方面具有垄断优势；Cree、GelCore等都有自己成熟的技术体系，但其在产业链上只集中在外延和芯片的制备上；Lumileds则关注于大功率LED的研发，在白光照明领域实力雄厚。
上、中游产业部分，日本企业几乎占据了全球LED产能的一半。除此之外，韩国及台湾地区的企业也有相当的实力。如Samsung、晶电、杰圆、元砷、光磊等厂商。
而下游产业，特别是小功率LED，台湾地区封装产量最高，占到世界的60%以上，并且还在不断增长之中。其中代表性的企业有：亿光、佰鸿、华兴等。