LED基础讲义2011.4.12.ppt
LED基础培训讲义浙江永光照明科技有限公司王震2011.3.27 目录n一、LED概述n二、LED基础知识n三、LED封装简介n四、LED优缺点n五、LED应用范围n六、LED使用注意事项n七、LED发展前景一、LED概述LEDLED是英文是英文LightEmittingDiodeLightEmittingDiode的简称，的简称，中文译为“发光二极管”，顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件。其核心部分是由其核心部分是由p p型半型半导体和导体和n n型半导体两个电极组成的半导体发光器件，在型半导体两个电极组成的半导体发光器件，在p p型半导体和型半导体和n n型半导体之间有一个过渡层，称为型半导体之间有一个过渡层，称为p-np-n结。结。在在PNPN结中注入的少数载流子与多数载流子复合时结中注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称二极管叫发光二极管，通称LEDLED。当它处于正向工作状态时，电流从当它处于正向工作状态时，电流从LEDLED阳极流向阴阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，当然其发光的强弱与注入电流大小有关线，当然其发光的强弱与注入电流大小有关。二、LED基本知识n n1.LED1.LED的构成的构成n n第一个商用二极管产生于第一个商用二极管产生于 19601960年；它的基本年；它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，由此可见保护内部芯线的作用，由此可见LEDLED的抗震性能的抗震性能非常好。非常好。n发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体、及电极和光学系统组成。、及电极和光学系统组成。其核心是PN结。n nLEDLED因其颜色不同因其颜色不同,而其化学成份不同而其化学成份不同:n n如红色如红色：铝：铝-铟铟-镓镓-磷化物磷化物n n绿色和蓝色绿色和蓝色:铟铟-镓镓-氮化物氮化物n n白色和其它色都是用白色和其它色都是用RGBRGB三基色按适当的三基色按适当的比例混合而成的。比例混合而成的。二、LED基本知识n2.LED 发光原理n 由于发光二极管是由-族化合物等半导体制成的，因此在一定条件下，它还具有发光特性。即当在电极上加上正向偏压之后，当在电极上加上正向偏压之后，在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合时，就会以辐射光子时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能；的形式将多余的能量转化为光能；如图所示。二、LED基本知识3.V-I特性：发光二极管具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。其电压与电流的关系可用下图表示。二、LED基本知识二、LED基本知识n4.LED的分类n4.1按发光二极管发光颜色分:n可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光、黄光、白光(又细分为冷白、暖白等)、黄绿色、琥珀色等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。n另直插LED根据出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。二、LED基本知识n n4.2.4.2.根据发光二极管结构类型划分根据发光二极管结构类型划分:n n可分为贴片系列可分为贴片系列、LAMP系列、食人鱼系列、TOP系列、大功率系列、SMD系列、COB系列等.n4.3.根据发光二极管功率划分:n又分为小功率系列和大功率系列两类.n4.4.根据发光二极管使用晶片数量可分为:n单晶、多晶(又含双晶、三晶等)等.n4.5.根据使用材料划分又含有陶瓷基座发光二极管、金属基座发光二极管、玻璃封装发光二极管、环氧树脂封装发光二极管、硅树脂封装发光二极管等等.n永光照明公司主要生产的永光照明公司主要生产的LED器件为器件为TOP系列中系列中的的3528/5050小功率产品及小功率产品及1W大功率产品等大功率产品等.三、LED封装简介n n1.1.发光二极管发光二极管(LED)(LED)及应用产品图示如下及应用产品图示如下:三、LED封装简介三、LED封装简介三、LED封装简介2.LED发光二极管的组成材料:晶片、支架、银油/绝缘胶、金线、硅胶/环氧树脂、荧光粉三、LED封装简介物料物料用途用途组成组成支架支架连接元器件使其形成电路连接元器件使其形成电路PPT+PPT+铜铜+镍镍+银银+绿绿油油晶片晶片通电后能产生光通电后能产生光蓝宝石蓝宝石InGaNInGaN GaAsAlGaInPGaAsAlGaInP GaPGaPAlAuAlAu等等银油黏附性（将晶片与支架黏结）、导电性（晶片底部与支架导通）、散热性银粉、Exoxy、界面活性剂、偶合剂、其它等绝缘胶绝缘胶 黏附性（将晶片与支架黏结）、散热性Exoxy、其它等金线金线将晶片与支架的正、负极性连接导通将晶片与支架的正、负极性连接导通99.99%荧光粉荧光粉 起调色作用起调色作用硅酸盐、硫化物、氮氧化物等硅胶硅胶起密封作用起密封作用硅胶3.封装物料介绍三、LED封装简介n4.LED发光二极管的电学指标如下:n正向电压VF：LED正向电流在20mA（5mA/350mA）时的正向电压；n正向电流IF：对于小功率LED目前全世界一致定为20mA，大功率芯片要依据芯片的规格来确定正向工作电流大小；n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。小功率反向漏电流一般定为VR=5V时，IR10uA；大功率反向漏电流一般定为VR=5V时，IR100uA；n工作时的耗散功率PW：即正向电流乘以正向电压；三、LED封装简介n5.LED发光二极管的颜色表示法：n5.1.色温：色温指的是光波在不同的能量下，色温指的是光波在不同的能量下，人类眼睛所感受的颜色变化人类眼睛所感受的颜色变化.在色温的计算上，是在色温的计算上，是以以 KelvinKelvin为单位，黑体幅射的为单位，黑体幅射的 0Kelvin=0Kelvin=摄氏摄氏-273273做为计算的起点做为计算的起点.将黑体加热将黑体加热,随着能量的提随着能量的提高，便会进入可见光的领域高，便会进入可见光的领域.即即当光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的这个温度就称为光源的颜色温度，简称色温。高色温称为冷色调，把低色温称为暖色调。大功率白光LED通常用此指标.三、LED封装简介可见光领域的色温变化可见光领域的色温变化,由低色温至高色温是由低色温至高色温是由橙红由橙红-白白-蓝蓝.光源色温不同，光色也不同光源色温不同，光色也不同;色温在色温在 3000k3000k以以下有温暖的感觉，能够达到稳重的气氛；色温下有温暖的感觉，能够达到稳重的气氛；色温3000k-5000k3000k-5000k为中间色温，有爽快的感觉；色温为中间色温，有爽快的感觉；色温在在 5000k5000k以上有冷的感觉以上有冷的感觉.n5.2.色品图：用CIE1931色品图内的某点坐标方法表示颜色；白光LED通常用此指标.n5.3.如下图色坐标和日常色温范围：三、LED封装简介三、LED封装简介三、LED封装简介n5.4.主波长D：设F点为某一光源在色品图中的坐标，E点为理想等能量白光的参考光源点，在色品坐标中为（0.3，0.3）。由E点连接F点并延伸交于G点，则G点对应的单色光波长即称为F点光源的主波长，为人眼所感受到的颜色；n5.5.峰值波长P：光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长，纯粹的物理量。n5.6.中心波长：光谱发光强度或辐射功率出现主峰和次峰时，主峰半宽度的中心点所对应的波长。三、LED封装简介n5.7.色纯度Pe：由图4所示，Pe=EF/EG。如果某一光源在色品图中F点的坐标越靠近G点，那么EF和EG的长度就越接近相等，Pe越接近1，色纯度就越高。色纯度通俗地说是指出射光的色坐标越靠近CIR1931色品图上光谱轨迹的程度，靠得越近则纯度越高。所以，若坐标位于光谱轨道上，则色纯度为100%；反之，等能的白光纯度则为0%。n5.8.半宽度：光谱发光强度或辐射功率最大处的一半的宽度（FWHM），简称“带宽”。带宽越小则颜色越纯。四、LED优缺点4.1.LED4.1.LED优势优势4.1.1.4.1.1.节能节能:一般节能灯可节能一般节能灯可节能4/5,4/5,但但LEDLED比节能灯还要节能比节能灯还要节能1/4,1/4,并有进一步提升的前景并有进一步提升的前景,这就是固体光源的优势这就是固体光源的优势.4.1.2.4.1.2.可组成各种颜色可组成各种颜色(如如RGBRGB等等)LEDLED可以搭配出可见光中的任何颜色可以搭配出可见光中的任何颜色从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明.4.1.3.4.1.3.环保环保LEDLED在生产过程中不要添加在生产过程中不要添加“汞汞”，也不需要充气，也不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输碎，便于运输,非常环保非常环保,被称为被称为”绿色能源绿色能源”。4.1.4.4.1.4.寿命非常长寿命非常长普遍在普遍在 55万万-10-10万小时之间，因为万小时之间，因为LEDLED是半导体器件，是半导体器件，即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。四、LED优缺点4.1.5.LED4.1.5.LED元件的体积非常小元件的体积非常小更加便于各种设备的布置和设计，而且能够更好更加便于各种设备的布置和设计，而且能够更好地实现夜景照明中地实现夜景照明中“只见灯光不见光源只见灯光不见光源”的效果。的效果。4.1.6.LED4.1.6.LED的发出的光线能量集中度很高的发出的光线能量集中度很高LEDLED的发出的光线能量集中在较小的波长窗口内，的发出的光线能量集中在较小的波长窗口内，纯度高。纯度高。4.1.7.LED4.1.7.LED响应时间非常快响应时间非常快在微秒级别在微秒级别,只要开关一开，马上就会亮只要开关一开，马上就会亮,不会出不会出现延迟现延迟的和闪烁的现象的和闪烁的现象4.1.8.LED4.1.8.LED的发光指向性非常强的发光指向性非常强 亮度衰减比传统光源低很多。亮度衰减比传统光源低很多。4.1.9.LED4.1.9.LED使用低压直流电即可驱动使用低压直流电即可驱动 具有负载小、干扰弱的优点，对使用环境要求较低具有负载小、干扰弱的优点，对使用环境要求较低,安全系数高。安全系数高。4.1.10.4.1.10.显色性高显色性高不会对人的眼睛造成伤害。不会对人的眼睛造成伤害。4.2.LED4.2.LED的缺点的缺点4.2.1.4.2.1.每瓦的流明成本高每瓦的流明成本高.4.2.2.4.2.2.光效还没有荧光灯或光效还没有荧光灯或HIDHID高高.4.2.3.4.2.3.需要驱动器驱动需要驱动器驱动(不如白灯简单不如白灯简单).).4.2.4.4.2.4.普通民众对普通民众对LEDLED还不太熟悉还不太熟悉.四、LED优缺点五、LED应用范围5.1.5.1.建筑物外观照明建筑物外观照明 5.2.5.2.娱乐场所及舞台照明娱乐场所及舞台照明5.3.5.3.室内空间展示照明室内空间展示照明 5.4.5.4.道路、景观照明、装饰等道路、景观照明、装饰等5.5.5.5.标识与指示性照明标识与指示性照明 5.6.5.6.交通信号灯、视频屏幕交通信号灯、视频屏幕5.7.5.7.手机、电脑等背光光源照明手机、电脑等背光光源照明5.8.5.8.家电数码显示及指示家电数码显示及指示 5.9.5.9.汽车照明汽车照明5.10.5.10.特种照明特种照明:如太阳能灯、舞台灯、舰船灯、应如太阳能灯、舞台灯、舰船灯、应急照明灯、阅读台灯等使用急照明灯、阅读台灯等使用LEDLED灯具的比例也迅灯具的比例也迅速提高；紫外消毒、医学、农业等新兴的应用市速提高；紫外消毒、医学、农业等新兴的应用市场也正在形成场也正在形成 六、LED使用注意事项6.1.6.1.需做好防静电措施：需做好防静电措施：LEDLED产品在加工生产的过程中要采用一定的产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证车间的湿度在车间的湿度在 65%65%左右，以免空气过于干燥产生左右，以免空气过于干燥产生静电，尤其是绿色静电，尤其是绿色 LEDLED相对而言更容易被静电损相对而言更容易被静电损坏。另外，不同质量档次的坏。另外，不同质量档次的 LEDLED抗静电能力也不抗静电能力也不一样，质量档次高的一样，质量档次高的 LEDLED抗静电能力要强一些。抗静电能力要强一些。六、LED使用注意事项6.1.LED6.1.LED的温度的温度:要注意温度的升高会使要注意温度的升高会使 LEDLED内阻变小当外界内阻变小当外界环境温度升高后，环境温度升高后，LEDLED光源内阻会减小，若使用光源内阻会减小，若使用稳压电源供电会造成稳压电源供电会造成 LEDLED工作电流升高，当超过工作电流升高，当超过其额定工作电流后，会影响其额定工作电流后，会影响 LEDLED产品的使用寿命，产品的使用寿命，严重的将使严重的将使 LEDLED光源光源“烧坏烧坏”，因此最好选用恒，因此最好选用恒流源供电，以保证流源供电，以保证 LEDLED的工作电流不受外界温度的工作电流不受外界温度的影响。的影响。LEDLED温度也是影响温度也是影响 LEDLED寿命的最重要的寿命的最重要的因素因素.固固LEDLED在使用过程中要特别注意散热设计在使用过程中要特别注意散热设计.六、LED使用注意事项6.3.LED6.3.LED产品的密封：产品的密封：不管是什么不管是什么 LEDLED产品，只要应用于室外，都产品，只要应用于室外，都面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就会直接影响会直接影响 LEDLED产品的使用寿命。现在有少部分产品的使用寿命。现在有少部分对产品质量要求比较高的生产厂家采用传统的环对产品质量要求比较高的生产厂家采用传统的环氧树脂氧树脂“浇灌浇灌”的方法来密封的方法来密封 LEDLED产品，这种方产品，这种方法操作起来比较麻烦，对于体积较大的法操作起来比较麻烦，对于体积较大的 LEDLED产品产品不是很适合，也会造成产品的重量增加，不是很适合，也会造成产品的重量增加，我司产我司产品主要采用硅胶灌封。品主要采用硅胶灌封。LEDLED的电流不能超过的电流不能超过LEDLED的的IFIF电流：电流：过流的工作会使过流的工作会使LEDLED寿命很快下降寿命很快下降,如果超出如果超出过来过来,就会马上把就会马上把LEDLED烧坏烧坏.六、LED使用注意事项6.4.LED6.4.LED折脚注意：折脚注意：LEDLED在弯脚或折脚时请不要离胶体太近在弯脚或折脚时请不要离胶体太近,应与应与胶体保持胶体保持2mm2mm以上的距离以上的距离,否则会使否则会使LEDLED胶体里面胶体里面支架与金线分离支架与金线分离,管脚在同一处的折叠次数不能超管脚在同一处的折叠次数不能超过三次，管脚弯成过三次，管脚弯成9090，再回到原位置为，再回到原位置为1 1次次.6.5.6.5.焊接温度：焊接温度：焊接溫度在焊接溫度在260260左右左右,時間控制在時間控制在3S3S以內以內,焊焊接点离胶体底部在接点离胶体底部在2.5mm2.5mm以上以上,电络铁一定要接地电络铁一定要接地.绝对不充许带电焊接绝对不充许带电焊接LED.LED.且且LEDLED最多允许过两次最多允许过两次回流焊回流焊.LEDLED作为绿色节能的照明产品，其技术日渐成作为绿色节能的照明产品，其技术日渐成熟，已经开始从指示、显示、装饰领域逐渐向普熟，已经开始从指示、显示、装饰领域逐渐向普通照明领域迈进。随着其技术的不断完善，其发通照明领域迈进。随着其技术的不断完善，其发展前景将更为广阔。展前景将更为广阔。新世纪以来，国家大力推广新世纪以来，国家大力推广LEDLED产品。产品。20032003年，我国启动了年，我国启动了“国家半导体照明工程国家半导体照明工程”，20092009年又推出了年又推出了“十城万盏十城万盏”计划，推进计划，推进LEDLED的应用。的应用。有专家预测，到有专家预测，到20152015年，通过推广年，通过推广LEDLED可实现年可实现年节电节电400400亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳40004000万吨。万吨。而且目前我国而且目前我国LEDLED产业链已经逐步完善，产业产业链已经逐步完善，产业也初具规模，芯片的国产化率不断提升。与几年也初具规模，芯片的国产化率不断提升。与几年前国外品牌一枝独秀的局面相比，现在在中高端前国外品牌一枝独秀的局面相比，现在在中高端市场也开始有了国产品牌的一席之地。市场也开始有了国产品牌的一席之地。五、LED发展前景五、LED发展前景n n尽管目前发展势头良好，但仍然要正视其存在尽管目前发展势头良好，但仍然要正视其存在的问题的问题.比如目前还缺乏标准和检测手段，部分比如目前还缺乏标准和检测手段，部分试点应用的产品质量较差，节能效果难以实现试点应用的产品质量较差，节能效果难以实现;对对适应市场经济体制的工程实施方式的探索还不够适应市场经济体制的工程实施方式的探索还不够;在工程中大量应用国外企业的产品，对本土芯片在工程中大量应用国外企业的产品，对本土芯片企业的带动不充分企业的带动不充分;一些地区低水平重复建设严重。一些地区低水平重复建设严重。这些问题如果能够逐渐解决，可以促进这些问题如果能够逐渐解决，可以促进LEDLED行业行业更加良性的发展。更加良性的发展。THEENDS!
