《LED光源基础知识》PPT课件.ppt

LED 光源的基础知识光源的基础知识1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年LED是发光二极管（LightEmittingDiode）的简称。顾名思义，LED是一种将电能转化为光能的电子器件并具有二极管的特性。LED与普通二极管一样有两个电极（正极和负极），在内部结构上有和半导体二极管相似的P区和N区，两区交界处是PN结。当正向导通电压加在LED两端，P区和N区的正负电荷向PN结移动，复合以后能量以光的形式放射出来。光子的波长由能带间隙Eg所决定:波长波长=1240/EgEg的单位是电子伏特，波长的单位是纳米.每一种LED的芯片都有其特定的Eg值，因而都有其特定的发光颜色。波长的半宽度一般为几十纳米。LED的发光原理的发光原理宝玛电气帝照百年节能：节能：直流驱动，无频闪，单管功率低，出光指向性强，光能利用率高，同等照明效果功耗仅为传统光源5080%；寿命长：寿命长：LED属于固体发光源，内部结构牢固不松动，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，理论使用寿命10万小时，是传统光源的10倍以上。绿色环保：绿色环保：LED光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，LED不含汞元素等污染物，废弃物可回收。LED属于低压冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。真彩变换：真彩变换：LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生1600余万种颜色，真正实现丰富多彩的照明变换效果。尺寸灵活，易于设计：尺寸灵活，易于设计：LED的外形相对传统光源非常小，这使得我们的灯具设计可以非常灵活，原本很多不可能的灯具成为了现实。光效潜能大：光效潜能大：当前白光LED的光效基本可以达到100lm/W，通过提高LED内量子效率和出光率可以达到250lm/W以上，这是传统光源基本不可能突破的。LED自诞生以来，遵循着每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的海兹定律。LED的特点的特点宝玛电气帝照百年LED的光譜LED所能发出的光谱除可见光谱外，还包含红外线和紫外线光谱紫外线（UV）：波长100nm-380nm的电磁波，肉眼是看不到的，有杀菌、化学反应等作用。红外线：波长从780nm1mm的电磁波。同样肉眼是看不到的，它主要产生热效应。宝玛电气帝照百年光通量(bin）：LED光源正常工作时所发出的光的能量。单位：LM。（10LM档）白光光效：80-130LMW红光光效：15-50LMWLED技术参数：宝玛电气帝照百年LED的分级的分级Vf值：LED正常工作时的额定工作电压。单位：伏特。（0.1V档）白光LED2.9V-3.4V，红光1.9-2.2VIf值：LED正常工作时的额定工作电流。单位：安培。分类：20/50/150/350/700mA等。LED技术参数：宝玛电气帝照百年LED的分级的分级Color(bin)：LED正常工作时所发出的光的颜色，单色LED用波长表示，白光LED用主要用色温和Ra值表示（正负150K）LED技术参数：宝玛电气帝照百年1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年LED技术参数：温度对LED的影响：LED的光通与工作温度成反比。的光通与工作温度成反比。(1)温度升高，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率将减小。(2)温度升高，势阱中电子与空穴的辐射复合几率降低，造成非辐射复合(产生热量)，从而降低LED的内量子效率2。(3)温度升高导致芯片的蓝光波峰向长波方向偏移，使芯片的发射波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成白光LED外部光提取效率的降低3。(4)随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，LED的外部光提取效率降低。(5)硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效。宝玛电气帝照百年温度温度升高升高，波长变长。，波长变长。LED技术参数：温度对LED的影响：LED的发光波长一般可分成峰值波长与主波长。峰值波长即光强最大的波长，而主波长可由X、Y色度坐标决定，反映了人眼所感知的颜色。对于一个LED器件，发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。温度升高，材料的禁带宽度将减小，导致器件发光波长变长，颜色发生红移。显然，结温所引致的LED发光波长的变化将直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。宝玛电气帝照百年LED技术参数：温度对LED的影响：温度升高，LED正向电压会下降。正向电压是判定LED性能的一个重要参量，其大小取决于半导体材料的特性、芯片尺寸以及器件的成结与电极制作工艺。当电流固定时，温度升高，LED正向电压会下降。由于正向电压与温度的关系接近线性，所以大多LED热阻测试仪器利用LED的这一特性测量其热阻或结温。LED器件的正向压降可由式(3)表示：式中，为正向电压，为正向电流，为反向饱和电流，为电子电荷，是玻尔兹曼常数，是串联电阻，是表征P/N结完美性的一个参量，处在12之间。式(3)的右边只有反向饱和电流与温度密切相关，值随结温的升高而增大，导致正向电压值的下降。宝玛电气帝照百年1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年 近百年的发展历程，LED从最初的约0.05Lm/W的光效，经历了0.1Lm/W时代，数Lm/W时代，数十Lm/W时代，到现在的约100Lm/W的发效率，并且现代技术的LED发展遵循海兹定律，每10年亮度就会提高30倍，价格下降10倍。1920s，德国科学家在SiC发现电致发光现象。1950s，英国科学家使用GaAs发明第一颗现代意义上的LED。1960s，红光LED问世，并被GE广泛应用在仪器仪表指示。1980s，东芝与HP相继发明高亮度LED。1990s，日亚与CREE相继发明高亮度蓝光LED，为白光问世奠定了基础。20世纪末，白光LED问世。2003年LED的光效将达30流明瓦。2005年LED的光效将达60流明瓦。现在白光LED 实验室发光效率160lm/W，量产水平在120lm/W以上。LED的结构及材料的结构及材料宝玛电气帝照百年LED的结构及材料的结构及材料宝玛电气帝照百年5mmLED结构：结构：带引线的P-N结芯片被封装在透明的环氧树脂外壳中。该环氧树脂外壳一方面可以固定和保护元件，另一方面可以起到透镜的作用，决定LED光束角的大小。图是LED核心部分结构的特写，芯片的N区通过导电胶粘结在金属的反光杯上，再与阴极导线相连。芯片的P区通过金线与阳极导线相连。测温点选取：负极引脚。LED的结构及材料的结构及材料宝玛电气帝照百年RebalLED芯片结构：使用陶瓷底板做散热材料。同时加入TVS二极管保护功能。Rebel热阻RJ-Thermalpad=10C/W,RebelES热阻,RJ-Thermalpad=6C/W专用测温点。朗博型LED颗粒结构：环氧树脂一次透镜，铝材质绝缘热沉。热阻RJ-Thermalpad=10-15C/W.LED的结构及材料的结构及材料宝玛电气帝照百年LED的结构及材料的结构及材料creeLED颗粒结构：宝玛电气帝照百年LED的结构及材料的结构及材料常见小功率贴片LED型号：3014/3528/5630/505等(3.0*1.4*1.2)mm(5.0*5.0*1.8)mm宝玛电气帝照百年LED的结构及材料的结构及材料COB(大功率集成)LED:宝玛电气帝照百年1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年1.二光谱白光：互补的色光合成白光。（1+1）2.全光谱混合成白光。（111）3.利用二次配光LENS合成白光。（1+1）4.利用单芯片发出全光谱的光。（处于研发阶段）白光白光LED的合成方法：的合成方法：单色LED发光材料：宝玛电气帝照百年1996年日亚公司首先采用InGaN蓝光芯片加YAG（钇铝石榴石）黄色荧光粉的方法制成白光LED。后来：近紫外芯片激发RGB三色荧光粉混合制成白光。优缺点：工艺成熟，易于批量生产。LED显色指数大部分都不高于85。二光谱白光：二光谱白光：宝玛电气帝照百年全光谱白光：R、G、B三色芯片混合成白光。优缺点：成本高，色温不易控制。LED显色指数高，可接近100。宝玛电气帝照百年表(1)芯片数激发源发光材料发光原理显色性1蓝色LEDInGaN/YAGInGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光701蓝色LEDZnSe由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光701蓝色LEDInGaN/荧光粉InGaN的蓝光激发的红、绿、蓝三基色荧光粉发白光901紫外LEDInGaN/荧光粉InGaN发出的紫外激发红、绿、蓝三基色荧光粉发白光902蓝色LED+黄绿色LEDInGaNGaP将具有补色关系的二种类芯片封装在一起，构成白色LED703红色LED+绿色LED+蓝色LEDAlInGaPInGaN将发三元色的三种芯片封装在一起，构成白色LED95多個多種光色的LEDInGaN、GaPN、AlInGaP将遍布可见光区的多种色光芯片封装在一起，构成白色LED未知宝玛电气帝照百年用心照亮世界宝玛电气帝照百年1、LED的发光原理及相关技术参数的发光原理及相关技术参数2、温度对、温度对LED的影响的影响3、LED的结构类型的结构类型4、白光、白光LED的合成方法及优缺点的合成方法及优缺点附：附：传统光源的基础知识传统光源的基础知识宝玛电气帝照百年白炽灯工作原理：电流通过钨丝产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝温度达到2000摄氏度以上，灯丝处于白炽状态时发出的光，故称为白炽灯 白炽灯的主要部件为：灯丝 、支架、泡壳、填充气体和灯头。显色性高Ra=100色温较低约为2800K经济寿命短，1000小时左右光效低，为821.5lm/W宝玛电气帝照百年卤钨灯卤钨灯是利用卤钨再生循环原理工作的。蒸发出的钨在灯壳与卤素反应生成气态的卤化钨，再通过对流和扩散到达灯丝的高温区，分解成钨和卤素，钨沉积在灯丝表面，而卤素则被扩散到温度较低的灯壳内壁附近再继续与蒸发的钨化合。这一过程称为卤钨再生循环显色性Ra=100色温在2900-3200K之间光效达到25Lm/w平均寿命为3000小时宝玛电气帝照百年荧光灯工作原理：灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光可见光紫外辐射电 子汞原子电极荧光粉荧光灯分类：直管型荧光灯紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯按形状不同，有U型、H型和螺旋型等，结构原理和性能都是一样的。宝玛电气帝照百年启动过程:1.向电弧管内的电极间施加高电压触发，启动气体(氩气及氙气)开始放电2.逐渐由辉光放电过渡到弧光放电。3.灯启动后触发器关闭，由镇流器向灯提供合适的电压，灯开始正常工作。发光原理药丸(金属卤化物)蒸发而产生气体，蒸发的气体原子与流过灯的电子相互碰撞，会被激发从而产生固有波长的光辐射，例如水银会发出青色的光，钠会发出橘色的光，铊会发出绿色的光。总之发光管内封入添加物的种类，依其添加物组合之成份，决定灯泡之发光、显色性及光效率等特性。宝玛电气帝照百年