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LEDLED的全稱Light Emitting Diode,即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍、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型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為P-N結(jié)。P型半導體里面空穴占主導地位，N型半導體主要是電子。當電流通過PN結(jié)作用于晶片時，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電

2、子跟空穴復合，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)藍光的芯片上涂能吸收藍光而發(fā)黃光的熒光粉，藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出的黃光與藍光混合發(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、亮度和照度說明說明單位單位圖示圖示光通量()光源在單位時間發(fā)出并被人的眼睛感知的能量即為光通量Lumen (lm)光強(I)點光源在包含給定方向上的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量，稱為該點光源在給定方向上的發(fā)光強度1cd=1lm/1srcd / mcd亮度(L)光源在給定方向上的亮度就是該方向上單位投影面積的發(fā)光強度cd/m2nit照度

3、(E)被照表面的單位面積上接收到的光通量稱為該被照表面的照度。lm/m2luxLED光特性具體如下圖指示:LED光特性波長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,即將以標準黑體加熱,溫度升到一定程度時顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍,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,我們將黑體當時的絕對顏色稱為該光源之色溫。LED光特性CIE XYZ系統(tǒng)紅綠藍是三原色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。 (不同色溫空間效果)圖例說明：色溫低色溫低色溫色溫高高能源之星的新要求LED光特性 色

4、坐標色坐標 色坐標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)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)字來表達顯色能力CIE色度坐標系統(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。單位：每

5、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：指定流明維持百分數(shù)達到的時間，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數(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85 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)用的預期，并且必須在建議的操作溫度范圍內(nèi)。60006000小時小時維持率維持率% %初始初始55 55 85 85 100 100 10010095959090

6、X XX=95-(95-90)*(55-100)/(55-85)=87.5LED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If (mA)v (lm)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是半導體PN結(jié)二極管中的一種，正向?qū)ǎ聪蚪刂拐驅(qū)?，反向截止。LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作。IFVFVRIRVI I-V特性是LED芯片性能主要參數(shù)。 在正向電壓小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當電壓超過某一

7、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通，反向是無法導通的。 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

8、成LED反向亦能 導通，所以我們可以藉由IR的數(shù)值來判定LED的好壞。正向特性正向特性 在二極管兩端的正向電壓很小時，LED不導通，當正向電壓起過一定數(shù)值后，LED才導通，電壓再稍微增大，電流急劇暗加。反向特性反向特性 二極管兩端加上反向電壓時，反向電流很小，當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。擊穿特性擊穿特性 當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電特性電壓電流3.0V150mA3.1V200mA3.2V350mA

9、LED的發(fā)光需要電流驅(qū)動。輸入LED的電能中，只有約15-20%有效復合轉(zhuǎn)化為光，大部分（約80-85%）因無效復合而轉(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LED在長時間處于高溫工作狀態(tài)下,將

10、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+ 20CTj (C)L70X97,000 小時X + 1055,000 小時X + 2032,000 小時相對光通量（%）壽命（小時）XLED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，

11、最主要的設(shè)計工作就是散熱設(shè)計。 LED熱特性20K30K 40KLED熱特性 結(jié)溫與壽命的關(guān)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)生藍移或紅移,從而導致白光的色坐標偏移。結(jié)溫與結(jié)溫與Vf的關(guān)系的關(guān)系LED PN結(jié)上的正向電壓具有負的溫度系數(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當結(jié)溫 Tj = 60 時

12、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驅(qū)動是非常重要的If (mA)v (lm)LED熱特性結(jié)溫Tj上升LED電壓降低LED電流增加發(fā)熱量增大恒流驅(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)通過導熱通道將熱量導出的能力,低熱阻=良好散熱。jspLED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TypeTypeCHIP LEDC

13、HIP LEDTOP LEDTOP LED3mm LED3mm LED5mm LED5mm LEDPower LEDPower LEDRth(Rth(W W）400-600400-600300-500300-500350-550350-550300-500300-5008-208-20LED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 85CLED熱特性差的和良好的熱設(shè)計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