LED使用方式介紹

LED使用方式介紹                                                                                                                                                                                                 

一、  簡介 

          LED(Light Emitting Diode)是一種能發光的半導體電子元件，將電能直接轉換成光，相較於傳統光源由電轉化爲熱，再由熱能轉化成光能的發光過程，LED具有高發光效率、節能及壽命長等特點。隨著LED產業的發展，除了傳統的單晶、多晶LED封裝，也衍生出將驅動IC封裝進 LED內的產品(RGB+IC)。
 

二、  LED規格介紹 

  此章節介紹LED規格書常見的特性與規格說明，各款LED規格不盡相同，使用時請參照對應的規格書。 

1. 驅動條件限制(Absolute Maximum Ratings)

       如下圖1，規範LED在25 ̊Ｃ能承受的最大驅動條件，超出表格中的驅動條件可能造成產品損壞、效能及壽命降低…等風險，常見的規範如下： 
      *逆向電壓(VR)：LED能承受的逆偏壓大小。 
      正向電流(IF)：直流驅動時，電流大小不能超過25mA。當溫度超過25 ̊Ｃ時，請參考下圖2的減額曲線，例：40 ̊Ｃ時電流大小不可超過20mA。 
      PWM驅動電流(IFP)：當PWM頻率=1kHz; Duty = 10%，電流大小不能超過100mA。 
      *註：LED電路設計應避免逆偏壓產生。 

圖(1).  驅動條件限制 

 圖(2).  減額曲線 光電特性(Electro-Optical Characteristics)


2.  光電特性(Electro-Optical Characteristics)

LED生產會經過定電流自動測試機檢測特性，下圖3標示在25 ̊Ｃ時量測出的光電特性，圖中右側的Condition欄位代表測試條件。 

 
 圖(3).  光電特性 

                  發光強度(IV)：電流5mA驅動時，亮度範圍在72~180mcd。 
                  發光角度(2θ1/2)：LED發光強度衰減到50%的角度，如下圖4，虛線標示衰減到50%強度 時角度是±65 ̊因此

                               圖(4).  發光角度圖 

正向電壓(VF)：電流由LED正極流向負極時，正、負極間產生的電壓稱為正向電壓。5mA驅動時VF範圍2.6V~3.0V。VF 會隨著IF成正比變化。如下圖5，10mA驅動時 VF=3.0V；25mA驅動時VF = 3.4V。 

      圖(5). IF vs VF關係圖 

三、  LED驅動方式介紹 

1. 傳統LED驅動方式：
   LED的光電特性(如：亮度、VF)隨著驅動電流的不同而有很大的變化。LED驅動方式分為定電壓與定電流兩種。定電壓驅動的線路僅需電壓源與限流電阻，因此線路簡單且價格便 宜，但電流變化較大導致LED的光色一致性較差。定電流驅動一般需加定電流驅動IC，成 本較高，但LED的光色一致性較佳。

         
                                        
(a)定電壓驅動:

如下圖6，注意每一顆LED的線路上皆須加上限流電阻，不建議多顆LED共用一顆限流電阻，且VCC需大於LED VF。 

 圖(6). 定電壓驅動線路 

透過? = ?/? 可計算LED流過的IF大小。

例：限流電阻R1, R2=500Ω；VCC = 5V

LED1 VF = 2.6V，LED2 VF = 3V。

則LED1 IF =4.8mA <?? = (5V−2.6V) / (500)；LED2 IF =4mA , ?? = (5V−3V) /(500)

LED VF會隨著電流大小變化且生產時VF也有差異，同款LED使用相同的限流電阻，IF也 會不同。IF不同會使LED的波長、亮度產生變化，因此光色一致性要求高的應用，不建議使用定電壓驅動。 

(b) 定電流驅動 

如下圖7，定電流驅動輸出的電流是固定的，建議每一定電流源對應一顆LED，電流相同則LED的光色一致性較佳。若將LED並聯，則兩顆LED的IF仍會因VF差異而不同，因 此不建議使用。

                                圖(7).  定電流驅動線路 

2. LED內建IC驅動方式
   有別於傳統LED，每顆RGB+IC的產品內有一顆定電流驅動IC，不須額外的定電流源即可完成定電流驅動的效果。RGB+IC有單線控制(Data)與雙線控制(Data, Clock)兩種方式， 市面上常見為單線控制產品，線路建議如圖8，以單線傳遞訊號，將產品串接在一起，僅 需使用DIN及DOUT兩隻接腳，即可完成串接多顆RGB LED的效果；透過DIN訊號，各色 LED有8bit=256階的PWM Duty控制，詳細資料請參考單線式RGB+IC應用手冊。 

 
                                                      圖(8). RGB+IC驅動線路 

四、  驅動方式優缺點比較      

LED 常見的三種驅動方式特色比較如下圖 9，建議使用者依據需求選擇不同的產品、驅動 方式。