LED的概念簡介

1、led的簡介,目錄,什么是led led光特性 led電特性 led熱特性 esd防護,什么是led,led的全稱light emitting diode,即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。led可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光,1、led的發(fā)光原理？ 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。 p型半導(dǎo)體里面空穴占主導(dǎo)地位，n型半導(dǎo)體主要是電子。當(dāng)電流通過pn結(jié)作用于晶片時，電子就會被推向p區(qū)，在p

2、區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是led發(fā)光的原理,led pn結(jié),2、led白光的發(fā)光原理？ 在發(fā)藍(lán)光的芯片上涂能吸收藍(lán)光而發(fā)黃光的熒光粉，藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出的黃光與藍(lán)光混合發(fā)出白光,led特性,led的光特性 led的電特性 led的熱特性,光通量、光強、亮度和照度,led光特性,具體如下圖指示,led光特性,波長 光是種電磁波波長決定光的顏色可見光波長從380nm到780nm,色溫(tc,以絕對顏色k來表示,即將以標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱,溫度升到一定程度時顏色開 始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍(lán),逐漸改變,利用這種光色變化的特性,某光 源與黑體顏色相同時,我們將黑體當(dāng)時的絕對顏色

3、稱為該光源之色溫,led光特性,cie xyz系統(tǒng),紅綠藍(lán)是三原色,cie色區(qū)圖,k值(色溫)越低，光色越偏紅。 k值(色溫)越高，光色越偏藍(lán),不同色溫空間效果)圖例說明,色溫低,色溫高,能源之星的新要求,led光特性,色坐標(biāo) 色坐標(biāo)是一組用來描述顏色的物理量,cie 1931 xy色度圖,led光特性,cie 1964xy色度圖,顯色指數(shù) 光源對于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性。通常叫做“顯色指數(shù)” （ra）。將在日光下的顯色指數(shù)定義為100，其他光源根據(jù)其“變 色”和“失真”的程度來定義,led光特性,連續(xù)光譜照射下的顯色性,僅有藍(lán)光和黃光的光照下的顯色性,顯色指數(shù)ra即用數(shù)字來表達(dá)顯色能力

4、 cie色度坐標(biāo)系統(tǒng) 測試色樣,led光特性,14個色樣,led光特性,發(fā)光角度：是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角,光 效：光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。單位：每瓦流明（lm/w,led光特性,led光特性,壽命：led的壽命表現(xiàn)為光衰，定義衰減30%的時間為其壽命,流明維持壽命：指定流明維持百分?jǐn)?shù)達(dá)到的時間，用小時表示。 額定流明維持壽命：led光源的實際操作時間將保持為起始光輸出的百分?jǐn)?shù)。如l70為70%流明維持的時間。 在測試過程中，led光源的操作必須是在驅(qū)動電流相同的情況下，三個殼體溫度的最小值。55 和8

5、5 為既定的參考點，第3個溫度由廠家選定，選定的管殼溫度和驅(qū)動電流必須代表他們對客戶應(yīng)用的預(yù)期，并且必須在建議的操作溫度范圍內(nèi),x=95-(95-90)*(55-100)/(55-85)=87.5,led光特性,電流與光通量的關(guān)系 led光通量與外加電流有關(guān)，電流增加，光通量也隨之增大,led光特性,電流與相對光通量、相對光效的關(guān)系,led光特性,led電特性,led是半導(dǎo)體pn結(jié)二極管中的一種，正向?qū)?，反向截止?led電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓，led必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作,led iv特性曲線,i-v特性是led芯片性能主要參數(shù)。 在正向電壓小

6、于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光,led電特性,正向電流if ：led在理想的線性工作區(qū)域，在此電流下可維持正常的工作狀態(tài)。超過此值可能會導(dǎo)致led的失效。 正向電壓vf：由led本身固有的i-v特性曲線決定，在if條件下所對應(yīng)的vf。 反向電壓vr：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞，通常電壓為5v。 反向電流ir：led在一定的反向電壓（通常為5v）下的反向漏電流。一般正常led的特性是正向才能導(dǎo)通，反向是無法導(dǎo)通的。 所以正常的led是量測不到ir的數(shù)值(ir=0 )。 但在芯片的制程上產(chǎn)生異常時，有時并無法

7、立即從外觀上做 判定，但因為芯片本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生異常，因而造成led反向亦能 導(dǎo)通，所以我們可以藉由ir的數(shù)值來判定led的好壞,正向特性 在二極管兩端的正向電壓很小時，led不導(dǎo)通，當(dāng)正向電壓起過一定數(shù)值后，led才導(dǎo)通，電壓再稍微增大，電流急劇暗加。 反向特性 二極管兩端加上反向電壓時，反向電流很小，當(dāng)反向電壓逐漸增加時，反向電流基本保持不變，這時的電流稱為反向飽和電流。 擊穿特性 當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。這時的反向電壓稱為反向擊穿電壓,led電特性,電流與電壓的關(guān)系 led電壓與電流有關(guān)，電流增大，電壓也隨之增大,led電特性,led的發(fā)光需要電

8、流驅(qū)動。輸入led的電能中，只有約15-20%有效復(fù)合轉(zhuǎn)化為光，大部分（約80-85%）因無效復(fù)合而轉(zhuǎn)化為熱。led是種會發(fā)熱的冷光源。 led電致發(fā)光過程產(chǎn)生的熱量和工作環(huán)境溫度（ta）的不同，引起led芯片結(jié)溫tj的變化。 led是溫度敏感器件，當(dāng)溫度變化時，led的性能和封裝結(jié)構(gòu)都會受到影響，從而影響led的可靠性,led熱特性,何處是led pn結(jié),led pn結(jié),led pn結(jié)位于 led 芯片內(nèi)部 led 結(jié)溫 (tj) 無法直接測量,led熱特性,芯片節(jié)點處是led發(fā)光的唯一來源。 在導(dǎo)通電流發(fā)光狀態(tài)下，節(jié)點區(qū)域?qū)⒆兊梅浅?led 的結(jié)溫,當(dāng)led在長時間處于高溫工作狀態(tài)下,將

9、會影響光輸出及使用壽命,對于led的結(jié)溫能產(chǎn)生影響的因素有： led周圍的環(huán)境溫度； 出光效率(絕大多數(shù)電能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生了結(jié)溫)； led封裝的散熱能力,led熱特性,為什么led結(jié)溫tj很重要,結(jié)溫(tj)影響led壽命和長期光通量維持,10c,20c,相對光通量（,壽命（小時,x,led熱特性,在大功率led中，散熱是個大問題。若不加散熱措施，則大功率led的器芯溫度會急速上升，當(dāng)其結(jié)溫（tj）上升超過最大允許溫度時(一般是150)，大功率led會因過熱而損壞。因此在大功率led燈具設(shè)計中，最主要的設(shè)計工作就是散熱設(shè)計,led熱特性,20k,30k,40k,led熱特性,結(jié)溫與壽命的關(guān)

10、系 隨著結(jié)溫的增加，led的壽命將會減少,結(jié)溫與光通量的關(guān)系 隨著結(jié)溫的增加，led的光通量將會減小,led熱特性,led熱特性,結(jié)溫與波長的關(guān)系 隨著結(jié)溫的增加，led波長的中心會發(fā)生藍(lán)移或紅移,從而導(dǎo)致白光的色 坐標(biāo)偏移,結(jié)溫與vf的關(guān)系 led pn結(jié)上的正向電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)特性，一般為-(2-4)mv/,led熱特性,例: 10 led 串聯(lián) 正向電壓vf （ tj =25） = 3.3v 總電壓 = 10 * 3.3 = 33v 當(dāng)結(jié)溫 tj = 60 時 正向電壓vf = 3.3 (.004*35) = 3.16v 總電壓 = 10*3.16 = 31.6v 這事例說明采用恒流

11、驅(qū)動是非常重要的,led熱特性,恒流驅(qū)動的重要性,熱阻的定義,led熱阻描述為led散熱通道上的兩個節(jié)點之間熱功率流的阻值， 熱阻單位為w,通常用rth表示。 用熱阻來衡量led熱量從 pn結(jié)通過導(dǎo)熱通道將熱量導(dǎo)出的能力, 低熱阻=良好散熱,led熱特性,結(jié)溫與熱阻的關(guān)系： t j=ta + pd*(rth) t j：led結(jié)溫 ta：環(huán)境溫度 rth：led的總熱阻,led熱特性,led典型熱阻數(shù)值,led熱特性,在同一環(huán)境條件下，熱阻小的led就能用較高的電流驅(qū)動；否則時能降低驅(qū)動電流確保led使用的可靠度,驅(qū)動電流與熱阻的關(guān)系,良好的熱設(shè)計 結(jié)溫tj 85c,led熱特性,差的和良好的熱

12、設(shè)計,esd 就是靜電泄放。 帶有靜電的物體靠近或接觸另一物體，只要它們之間存在電勢差，就會發(fā)生靜電荷傳遞。這種靜電荷傳遞過程我們稱之為靜電泄放。當(dāng)這種靜電荷傳遞的過程強度足夠大，大到可以損壞我們的產(chǎn)品，我們就稱之為esd事件,page 3,什么是esd,pn結(jié)結(jié)構(gòu)為主的led，在生產(chǎn)加工過程中受靜電感 應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電荷。若得不到及時釋放，led則在它的兩 個電極上形成的較高電壓將直接加上led芯片的pn結(jié)兩 端。 當(dāng)電壓超過led的抗靜電耐壓值時，靜電電荷將以極 短的瞬間(納秒級別）在led芯片的兩個電極之間進(jìn)行放 電，從而產(chǎn)生功率焦耳的熱、形成高溫（超過1000）， 高溫將會把led的pn結(jié)熔融破壞，從而造成漏電、短路、 死燈等現(xiàn)象,esd對led的影響,led產(chǎn)品在加工生產(chǎn)的過程中要采取防靜電措施，如：工作臺要接地，