LED技術(shù)培訓(xùn)（課堂PPT）

1、2011-10-61LED照明基礎(chǔ)2011-10-62LED照明基礎(chǔ)w內(nèi)容簡介 LED的發(fā)展史 LED的現(xiàn)況 LED的特性 LED的應(yīng)用 和公司LED產(chǎn)品2011-10-63什么是LEDwLED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。 2011-10-64照明發(fā)展史2011-10-65LED的發(fā)展史w1907年Henry Joseph Round第一次觀察到場致發(fā)光現(xiàn)象。w1936年Geor

2、ge Destiau第一場使用場致發(fā)光這個(gè)術(shù)語。w60年代初，試驗(yàn)中，LED需要置放在液化氮中w第一個(gè)商業(yè)LED僅僅只能發(fā)出不可見的紅外線，但是迅速應(yīng)用于感光與光電領(lǐng)域。w60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見的紅光LEDw70年代中，采用雙層磷化稼能夠發(fā)出黃色光。w70年代末，LED出現(xiàn)綠色光。w90年代中，LED最終出現(xiàn)藍(lán)色光。w90年代末白光的LED開發(fā)成功 w目前LED已經(jīng)可以發(fā)出紫外光。w除此以外，LED的光通量也在與日俱增，最新的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是186lm/W2011-10-66LED發(fā)展計(jì)劃2011-10-67LED發(fā)展計(jì)劃美國LED行業(yè)的預(yù)測2011-10-68LED

3、發(fā)展計(jì)劃世界各國政府LED發(fā)展計(jì)劃2011-10-69LED優(yōu)點(diǎn)w高光效 高節(jié)能w光源方向性好 w光色多 w安全性高 環(huán)保w壽命長 w光源快速響應(yīng) w燈具結(jié)構(gòu)合理 w運(yùn)行成本低 2011-10-610LED優(yōu)點(diǎn)2011-10-611LED同幾種光源的比較名稱名稱 耗電量耗電量（W W） 工作電壓工作電壓 （v v） 協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制 發(fā)熱量發(fā)熱量 可靠性可靠性 使用壽命使用壽命 （h h） 金屬鹵素?zé)艚饘冫u素?zé)?100 100 220 220 不易不易 極高極高 低低 3000 3000 霓虹燈霓虹燈 500 500 較高較高 高高 高高 宜室內(nèi)宜室內(nèi) 3000 3000 鎂氖燈鎂氖燈 16W

4、/m 16W/m 220 220 較好較好 較高較高 較好較好 6000 6000 日光燈日光燈 4-100 4-100 220 220 不易不易 較高較高 低低 5000-8000 5000-8000 冷陰極冷陰極 15W/m 15W/m 需逆變需逆變 較好較好 較低較低 較好較好 10000 10000 鎢絲燈鎢絲燈 15-200 15-200 220 220 不宜不宜 高高 低低 3000 3000 節(jié)能燈節(jié)能燈 3-150 3-150 220 220 不宜調(diào)光不宜調(diào)光 低低 低低 5000 5000 LEDLED燈燈 極低極低 直流直流12-36V 12-36V 多種形式多種形式 極低

5、極低 極高極高 100000100000LED光源在性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光源！2011-10-612LED同幾種光源的比較2011-10-613LED分類wLED按照發(fā)光顏色分類w紅光w橙光w綠光w藍(lán)光w白光紅光 橙光 綠光 藍(lán)光 統(tǒng)稱為色光，主要應(yīng)用在指示或裝飾方面白光又可細(xì)分為暖白 中性白 冷白。白光是我們照明行業(yè)主要用到的光源。2011-10-6142011-10-615白光LED產(chǎn)生-單芯片wInGaN(藍(lán))/YAG熒光粉 這是一種目前較為成熟的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用芯片倒裝結(jié)構(gòu),提高發(fā)光效率和散熱效果。熒光粉涂覆工藝的改進(jìn),可將色均勻性提高10倍。實(shí)驗(yàn)證明,電流和溫度的增加使LED光譜有

6、些藍(lán)移和紅移,但對(duì)熒光光譜影響并不大。壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果也較好 。wInGaN(藍(lán))/紅熒光粉+綠熒光粉 色溫可達(dá)到3000K-6000K, Ra達(dá)到82-87, 。wInGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))熒光粉 此類白光LED,其Ra大于等于90, 但發(fā)光效率還不夠理想2011-10-616白光LED產(chǎn)生-單芯片2011-10-617白光LED產(chǎn)生-單芯片2011-10-618白光LED產(chǎn)生-雙芯片w雙芯片可由藍(lán) LED+黃LED、藍(lán)LED+黃綠LED以及藍(lán)綠LED+黃LED制成,此種器件成本比較便宜,但由于是兩種顏色LED形成的白光,顯色性較差,只能在顯色性要求不高的場合使用。2011-10-619

7、白光LED產(chǎn)生-多芯片w(藍(lán)色+綠色+紅色)LED 這種通過RGB方法合成白光這種方法主要的問題是綠光的轉(zhuǎn)換效率底，所以總體的效率不高。同時(shí)三種顏色的LED的正向電壓和光輸出不同，兩外它們的溫度特性和光維持特性也不相同，因而對(duì)電路的要求也比較高。 2011-10-620白光LED產(chǎn)生-多芯片2011-10-621LED封裝2011-10-622LEDLED封裝形式封裝形式 為滿足不同產(chǎn)品的需要，LED的封裝形式也出現(xiàn)了多樣化，下面簡單介紹一下： 2011-10-623LEDLED封裝形式封裝形式 2011-10-624LED常用詞匯總結(jié)w1.光通量光通量：發(fā)光體每秒鐘所發(fā)出的光量的總和。單位：

8、流明（Lm），表示發(fā)光體發(fā)光的多少，發(fā)光愈多流明數(shù)愈大。 w2.光光 強(qiáng)強(qiáng)I：發(fā)光體在特定方向單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。單位：坎德拉（cd）。 w3.照照 度度E：發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量。單位：勒克斯（Lux）=流明Lm/面積m2。 w4.亮亮 度度L：發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量。單位：尼脫（mcd）。w5.光光 效效：電光源將電能轉(zhuǎn)化為光的能力，以發(fā)出的光通量除以耗電量來表示。單位：每瓦流明（Lm/w）。w6.平均壽命平均壽命：指一批燈至50%的數(shù)量損壞時(shí)的小時(shí)數(shù)。單位：小時(shí)（h）。2011-10-625LED常用詞匯總結(jié)w7.經(jīng)濟(jì)壽命經(jīng)濟(jì)壽命：在同時(shí)考慮

9、燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時(shí)數(shù)。室外的光源為70%，室內(nèi)的光源為80%。w8.色色 溫溫：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000k以下有溫暖的感覺，達(dá)到穩(wěn)重的氣氛；色溫在3000k-5000k為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000k以上有冷的感覺。單位：K。w9.顯色性顯色性：光源的顯色性是由顯色指數(shù)來表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽能）照明時(shí)顏色的偏離能較全面反映光源的顏色特性。要正確表現(xiàn)物體本來的顏色需使用顯色指數(shù)高的光源。單位：Ra。 w10.眩光眩光：視野內(nèi)有亮

10、度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，則可以造成視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。2011-10-626LED特性wLED的電學(xué)特性wLED的光學(xué)特性wLED的熱特性 2011-10-627LED電特性wLED是一個(gè)由半導(dǎo)體無機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性伏安特性。wLED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓和反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動(dòng)下才能正常工作。w通過LED電特性的測試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測定LED的最佳工

11、作電功率。 2011-10-628LED電特性w I-V特性特性是LED芯片性能主要參數(shù)。w I-V特性特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦?，即外加正偏?表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。 w（1）正向死區(qū)w（2）正向工作區(qū)w（3）反向死區(qū) 。w（4）反向擊穿區(qū)正向死區(qū)圖I-V 特性曲線反向死區(qū)擊穿區(qū)IR IV R0IF工作區(qū)V FV2011-10-629LED電特性wC-V特性特性 LED的芯片pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容也不一wC-V特性特性 呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系是電容與電壓的關(guān)系w最大允許功耗最大允許功耗PF mw響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 是LED點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間。w響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 主要

12、取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。wLED點(diǎn)亮?xí)r間指接通電源使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10%開始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90%所經(jīng)歷的時(shí)間。wLED 熄滅時(shí)間指正常發(fā)光減弱至原來的10%所經(jīng)歷的時(shí)間。w不同材料制得的LED響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間各不相同2011-10-630LED防靜電防靜電 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(tái)要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環(huán)，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風(fēng)機(jī)，進(jìn)入生產(chǎn)車間人員做人體靜電綜合測試等，同時(shí)要保證生產(chǎn)車間的濕度在65% 左右，以免空氣過于干燥產(chǎn)生靜電，尤其是綠色LED容易被靜電損壞。另外，不同質(zhì)量檔次的L

13、ED抗靜電能力也不一樣，質(zhì)量檔次高的LED抗靜電能力要強(qiáng)一些。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于操作不當(dāng)，LED產(chǎn)品有30%被靜電損壞。2011-10-631LED光特性w發(fā)光強(qiáng)度 是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90。當(dāng)偏離正法向不同角度，光強(qiáng)也隨之變化。w發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。w發(fā)光強(qiáng)度的角分布是描述LED發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。它主要取決于封裝的工藝，透鏡的材料，透鏡的曲率，芯片周圍的反光杯。2011-10-632LED光特性圖2 指向性弱（21/2大）2011-10-6

14、33LED光特性w發(fā)光峰值波長及其光譜分布發(fā)光峰值波長及其光譜分布w如圖w1藍(lán)光InGaN/GaN 發(fā)光譜峰p = 460465nmw2 綠光 GaP:N 發(fā)光譜峰p = 550nmw3 紅光 GaP:Zn-O 發(fā)光譜峰p = 680700nmw4 紅外GaAs 發(fā)光譜峰p = 910nmw5 Si光敏光電管 通常作光電接收用w6 標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈人眼感光2011-10-634LED光特性w光通量光通量是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。w光通量光通量為LED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。w隨著電流增加，LED光通量隨之增大?？梢姽釲ED的光通量單位為流明（lm）

15、。wLED向外輻射的功率光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。2011-10-635總光通量的測量積分球法w積分球法積分球法使用積分球?qū)⑹故褂梅e分球?qū)⑹筁ED總總通量的測量更加簡單。通量的測量更加簡單。帶有兩個(gè)入射孔和一個(gè)帶有兩個(gè)入射孔和一個(gè)于探測器的出射孔于探測器的出射孔 的積分的積分測量可對(duì)待測測量可對(duì)待測LED的自吸的自吸進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。2011-10-6362011-10-637LED光特性w發(fā)光效率發(fā)光效率wLED效率有兩種 內(nèi)部效率內(nèi)部效率：pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率。內(nèi)部效率只用來分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性 外部效率外部效率：輻射到外部的效率。w發(fā)光效率發(fā)光

16、效率：輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比量子效率 =發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù) w流明效率流明效率：LED的光通量/外加耗電功率 w流明效率是評(píng)價(jià)具有外封裝流明效率是評(píng)價(jià)具有外封裝LED特性特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發(fā)光效率。w理論計(jì)算中，最大的流明下來率為628lm/W。同此相比，LED未來的發(fā)展前景很廣闊。2011-10-638LED光特性幾種常見色光的效率對(duì)比幾種常見色光的效率對(duì)比LEDp材料可見光發(fā)光效率（lm/w）外量子效率發(fā)光顏色（nm）最高值平均值紅光700GaP:Zn-O2.41213660GaAlAs0.270.50.36

17、50GaAsP0.380.50.2黃光590GaP:N-N0.450.1綠光555GaP:N4.20.70.0150.15藍(lán)光465GaN10白光譜帶GaN+YAG小芯片1.6大芯片182011-10-639LED熱學(xué)特性wLED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF10mA，或者1020 mA長時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長或p 就會(huì)向長波長漂移，BO也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。wLED的主波長隨溫度關(guān)系可表示為p（ T）=0（T0）+Tg0.1nm/由式可知，每當(dāng)結(jié)溫升高10，則波長

18、向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對(duì)于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保LED長期工作。2011-10-640LED熱學(xué)特性wLED測量的環(huán)境溫度一般為Tamb25oC。 w隨著溫度的增加，LED波長的中心會(huì)發(fā)生藍(lán)移或紅移w隨著溫度的增加，LED的光強(qiáng)將會(huì)減小2011-10-641LED熱學(xué)特性2011-10-642LED熱學(xué)特性2011-10-643LED熱學(xué)特性2011-10-644LED熱學(xué)特性LED散熱結(jié)構(gòu)散熱結(jié)構(gòu)2011-10-645LED應(yīng)用w照明應(yīng)用： 2011-10-646LED應(yīng)用w汽車部分：以汽車內(nèi)裝使用包括了儀表板、音箱等指示燈，及汽車外部 ( 第三剎車燈、左右尾燈、方向燈等 ) ，目前歐洲系列車種包括奧迪、寶馬、福斯等品牌全系 列采用高亮度 LED ，而車廠中，豐田汽車也率先將儀表板的背光板換成高亮度 LED ，其他各車廠新車，也在陸續(xù)采用。2011-10-647LED應(yīng)用w裝飾：可廣泛應(yīng)用在發(fā)光立體字；建筑景觀外觀