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LED 基础知识发光二极管(Light Emitting Diode)目目 录录第一部分：第一部分：LEDLED简介简介 第二部分：第二部分：LEDLED与传统灯泡的比较与传统灯泡的比较第三部分：第三部分：LEDLED的优点的优点第四部分：第四部分：LEDLED分类及结构分类及结构第五部分：第五部分：LEDLED的产业分工的产业分工第六部分：第六部分：LEDLED的发展的发展第七部分：第七部分：LEDLED的四大流程的四大流程第九部分：白光第九部分：白光LEDLED技术技术第九部分：第九部分：LEDLED的参数的参数第十部分：第十部分：LEDLED的特性的特性第十一部分：第十一部分：LEDLED的应用的应用第十二部分第十二部分 LEDLED使用注意事项使用注意事项第一部分第一部分 LEDLED简介简介 1.1.什么是发光二极管什么是发光二极管 发光二极管英文全称为Light Emitting Diode（简称LED），是一种新型的固态 光源，诞生于20世纪60年代。1923年，罗塞夫（）在研究半导体SiC时有杂质的P-N结中有光发射，研究出了发光二极管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重视.随着电子工 业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展LED才逐步受到人们的重视。传统灯传统灯食人鱼食人鱼LED普通普通LED未来未来LED大功率大功率LED第一部分 LED简介2.2.发光原理发光原理 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）等半导体制成的，其核心是PN结,中间的有双异质结构构成的有源层，这个有源层就是发光区.因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。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，并以光和热的形式放出能量。如图所示，在电动势的作用下，电子对从能量高的能级跳跃到能量低的空穴，根据能量守恒，多余的能量以光和热的形式释放出。第二部分：LED与传统灯泡的比较 白热的技术技术机理机理热量 放电放电 固态LED电子/空穴复合光谱光谱分布分布光效光效固有失效固有失效机理机理热量15%40%50%辐射对流传导辐射对流传导内部反射 第三部分：LED的优点寿命长（100，000Hrs）驱动电压低（1.84.5V）耗电量少（40100mW）相对冷光源(熱輻射小)点亮速度快（时间常数为10-710-9S）避免疑似点灯效应体积小多种色彩耐震性特佳（全固体封装，不易破损）单色性佳（发光波长稳定）绿色无污染第四部分 LED分类及结构A.A.直插式直插式LEDLED：（：（ight emitting diodeight emitting diode）1.按外形尺寸分：3mm、5mm、8mm、10mm等等2.按发光颜色分：红色、绿、蓝、黄、橙、黄绿、白色、紫色、红外线、紫外线等3.按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）4.色彩分类：单色、双色、全彩（三色）.SMD(Surface mount diode.SMD(Surface mount diode）表面贴装二极管）表面贴装二极管 1.按外形分：0603、1206、2810、3020、3528、5050等等2.按颜色分：红色、绿、蓝、黄、琥珀、黄绿、白色、紫色、红外线等;3.按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）4.色彩分类：单色、双色、全彩（三色）第四部分 LED分类及结构第四部分 LED分类及结构 、食人鱼（、食人鱼（Flux ledFlux led）食人鱼产品主要是顶部LENS的不同种类而改变：顶部珠子分为：3mm、5mm、平头与微凸产品。为改变角度的大小，顶部珠子的高低也不同：比如3mm的珠子高度有1.35、1.5、1.9mm的.颜色种类如插件LED齐全。第四部分 LED分类及结构 D D、大功率、大功率LEDLED（Power ledPower led）1.大功率有1w、3w、5w、10w等等不同种类2.目前流程大大功率有铝基板样式的、仿luminous、SMD样式的。3.透镜有酒杯状的、平头的、透镜的4.直流与交流驱动第四部分 LED分类及结构 E、数码管LED（Display）数码管的种类比较繁多:单位、双位、三位、四位、多位、以及客户要求定做的各种产品。F F、点阵（、点阵（Dot matrix displayDot matrix display）外形和数码管不同，但性能等相关规格差别不大。发光二极管组件依其制作过程可分为上游晶圆制作(单芯片与磊芯片的生产 与制造)、中游晶粒制作(将磊芯片经过制作电极、平台蚀刻等程序切割出LED 晶粒)及下游封装(将晶粒封装成发光器件)，具体工艺流程为：1 1外延片工艺：外延片工艺：衬底结构设计缓冲层生长N型GaN层生长多量子阱发光层生长 P型GaN层生长退火检测（光荧光、X射线）外延片2 2晶片工艺：晶片工艺：外延片设计、加工掩模版光刻离子刻蚀N型电极（镀膜、退火、刻 蚀）P型电极（镀膜、退火、刻蚀）划片晶片分检、分级包装3 3、封装工艺：、封装工艺：封装扩晶点银浆（绝缘胶）固晶烘干焊线封胶（环氧树脂）烘干半切电性能检测全切测试分选包装 第五部分：LED的产业分工图5.1：LED产业分工图LampDot Matrix基座基座基座晶粒固焊封裝Display基座(Diffusion)(上游)(中游)(下游)EpistarEpistar(晶元晶元)、Cree Cree、Formosa(Formosa(璨圆璨圆)NichiaNichia(日亚日亚)、ToyodaToyoda(丰田丰田)、EtcEtc EpistarEpistar(晶元晶元)、Cree Cree、Formosa(Formosa(璨圆璨圆)、NichiaNichia(日亚日亚)ToyodaToyoda(丰田丰田)、AgilentAgilent NichiaNichia(日亚日亚)、ToyodaToyoda(丰田丰田)、CreeCree、Rohm Rohm(罗姆）罗姆）、OsramEverlightEverlight(亿光亿光)、Seoul(首尔首尔)Edison(Edison(爱迪森爱迪森)等等第六部分 LED的发展低压低压 节能灯（节能灯（18W）白炽灯白炽灯(白光灯白光灯)（40W）鹵素灯（鹵素灯（30w）Yellow Filtered1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20051001010.1GaAsP RedCaP RedGaP GreenGaAsP Red/YellowAlGaAs SH Red AlGaAs DH Red AlGaAs DDH Red AlGaInP-AS Red/Orange/Yellow AlGaInP-TS Red/Orange/Yellow Shape AlGaInP-TS Red/Orange/Yellow Performance（Lumens/Watt）BestDevice InGaNGreenYellowBlueNitrideSiC BlueRed FilteredEdisons First Light Bulb第七部分 LED的四大流程固晶固晶焊线焊线封胶封胶测试测试流程流程晶片,支架,银胶物料物料固晶机设备设备金线焊线机胶水灌胶机,烤箱/分光机(装带机)第八部分 白光LED技术8.1 白光LED工艺第八部分 白光LED技术8.2 白光LED制程方法第八部分 白光LED技术8.3 白光LED制程方法第八部分 白光LED技术8.3 白光LED制程方法第九部分 LED的参数9.1 9.1 波长波长(Wavelength(Wavelength)光是一种电磁波 波长决定光的颜色 可见光的波段从紫光(约 380nm)到红光(780nm)不可见光的波长 *红外线长于 780nm *紫外线短于 380nm (d)用来表示光的颜色可見光380-780nm紫外线100-380nm紅外线780-1,000,000nm2345 6 7 8 92345 6 7 8 91001,000波長 1,0000(纳米nm)x-射线微波第九部分 LED的参数9.1 9.1 波长波长(Wavelength(Wavelength)波长范围颜色波长范围颜色380-400紫光560-580黄绿400-435紫罗兰585-595黄光455-480蓝光600-610琥珀495-510蓝绿615-630桔红510-540纯绿630-660红光第九部分 LED的参数9.2 9.2 正向电压正向电压VF(Forward voltageVF(Forward voltage)通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。V9.3 9.3 反向电流反向电流I IR R(Reverse current)(Reverse current)加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。V第九部分 LED的参数 9.4 9.4 光通量光通量v Luminous fluxv Luminous flux 通过发光二极管的正向电流为规定值时，一光源所发射并被人眼感知之 所有辐射能称之为光通量 单位:流明(LM)9.5 9.5 发光（或辐射）强度发光（或辐射）强度Iv LuminousIv Luminous（or Radiantor Radiant）intensity intensity 光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv=d/d。单位:mcd 其中:距离d在CIE中规定了两种标准d1:100mmd2:316mmV第九部分 LED的参数9.6 CIE X9.6 CIE XY Y色度图色度图 因白光非单一色光,所以在 测试时,白光分色按右图 分X,Y值,而其它颜色光按 波长来分.正白光其正白光其X/YX/Y在在0.30-0.310.30-0.31左右左右第九部分 LED的参数9.7 9.7 发光（或辐射）强度空间分布图发光（或辐射）强度空间分布图 （发光角度）（发光角度）Luminous diagram Luminous diagram 反映器件的发光（或辐射）强度空间分布（单位：度），此参数受反映器件的发光（或辐射）强度空间分布（单位：度），此参数受LEDLED封装外形封装外形 影响较大。影响较大。测试原理测试原理测试结果测试结果第九部分 LED的参数 9.8 9.8 色温色温(Co1or Temperature)(Co1or Temperature)单位：绝对温度(Kelvin,K)一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之“标准黑体”本身之绝对温度值，此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。标准黑体之温度越高,其 辐射出之光线光谱中蓝色成份越多,红色成份也就相对的越少。以发出光色为暖 白色之普通白热灯泡为例，其色温为2700K，而昼光色日光灯之色温为6000K。CIE DiagramCIE Diagram注：一般白光色温 2700-3500K 为暖白 4000-5500K 为白偏黄 6000-10000K 为冷白第九部分 LED的参数 9.9 9.9 演色性（显示指数）演色性（显示指数）(Color rendering)(Color rendering)一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩，就如同在太阳光下看东西一样。当然这需视应用之场合及目的而有不同之要求程度。此准据即是光源之演色特性，称之为 平均演色性指数(general color rendering index,(Ra)“平均演色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之演色性越好，平均演色性指数Ra为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色。Ra值越低，所呈现之颜色越失真。Ra=85Ra=70第九部分 LED的参数 9.9 9.9 色温与显示指数色温与显示指数第十部分 LED的特性10.1 LED10.1 LED理想的理想的I-VI-V曲线图曲线图施加正向电压时施加正向电压时施加反向电压时施加反向电压时第十部分 LED的特性10.2 LED10.2 LED电性参数图电性参数图正正向向电电流流反向电压反向电压反反向向电电流流正向电压正向电压第十部分 LED的特性10.3 10.3 电性不良对电性不良对LED的影响的影响Vf1偏低：激发层有缺陷，通常Iv也低，寿命勘忧；Vf1偏高：外加电阻越高，通常欧姆接触不良造成，Vf2也高；Vf2偏低：若Vf1正常，则无大碍；Vf2偏高：欧姆接触不良造成，会造成耗电，若定电流驱动，会引起电流过 低，导致亮度不亮；Vr偏低：同Vf1偏低。正常的正常的L-I曲线曲线第十部分 LED的特性10.4 10.4 Vf2与温度的关系与温度的关系第十部分 LED的特性10.5 10.5 亮度与温度的关系亮度与温度的关系第十部分 LED的特性10.6 10.6 波长与温度的关系波长与温度的关系 11.1 11.1 车载用灯车载用灯 汽车的内部照明显示虽不像外部信号灯那样受到政府有关部门的控制，但汽车的制造者对LED的颜色及照度有要求。GaP LED早已用于车内，超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在颜色和照度上可满足制造者的要 求，因而将更多的取代车内白炽灯。下图表示了LED在汽车上的应用：第十一部分 LED的应用11.2 11.2 交通信号指示：交通信号指示：用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已 遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。采用超高亮度LED取代 白炽灯后，其耗电量仅为原来的12%。第十一部分 LED的应用 11.3 11.3 屏幕显示屏幕显示大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字 的单色、双色和全色显示。第十一部分 LED的应用11.4 11.4 液晶显示液晶显示(LCD)(LCD)的背照明的背照明 采用LED作为背照明的液晶显示器可用于移动电话、笔记本电脑，随着小型液晶显示器在节电型通信产品中的广泛使用，将会对超 高亮度LED有更大的需求。第十一部分 LED的应用 11.5 11.5 固体照灯、室内照明固体照灯、室内照明 LED固体照明灯的功耗只占白炽灯的10%20%，白炽灯的寿命一般不超过 2000小时，而LED灯的寿命长达数万小时。这种体积小、重量轻、方向性好、节能、寿命长、耐各种恶劣条件的固体光源必将对传统的光源市场造成冲击。第十一部分 LED的应用11.6 11.6 建筑装饰业建筑装饰业 由于LED具有省电、环保、多种色彩等优点，近年来在灯饰行业的应用越来越普遍。第十一部分 LED的应用 1.LED 1.LED焊接条件焊接条件 （1）烙铁焊接：烙铁（最高30W）尖端温度不超过300；焊接时间不超过3秒；焊接位置至少离胶体2毫米。（2）浸焊：浸焊最高温度260；浸焊时间不超过5秒；浸焊位置至少离胶体2 毫米。2.2.引脚成形方法引脚成形方法 （1）必需离胶体2毫米才能折弯支架。（2）支架成形必须用夹具或由专业人员来完成。（3）支架成形必须在焊接前完成。（4）支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。第十二部分 LED使用注意事项 3.LED 3.LED安装方法安装方法 （1）注意各类器件外线的排列，以防极性装错。器件不可与发热组件靠得太近，工作条件不要超过其规定的极限。（2）务必不要在引脚变形的情况下安装LED。（3）当决定在孔中安装时，计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架 受过度的压力。（4）安装LED时，建意用导套定位。（5）在焊接温度回到正常以前，必须避免使LED受到任何的震动或外力。4.4.清洗清洗 当用化学品清洗胶体时必须特别小心，因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起 褪色如三氯乙烯、丙酮等。可用乙醇擦拭、浸渍，时间在常温下不超过3分钟。5.5.工作及储存温度工作及储存温度 （1）LED LAMPS发光二极管 Topr-3085、Tstg-30100 （2）LED DISPLAYS显示器 Topr-2070、Tstg-2085 （3）OUT-DOOR LED LAMPS 像素管 Topr-2060、Tstg-2070 第十二部分 LED使用注意事项