LED灯具知识培训.pdf

LED灯具知识培训教程摘要:本教程为灯具业务部新晋员工岗前培训用，教程主要内容为LED灯具专业知识，阐述了一个专业的销售人员所需的各种知识，是提升销售人员个人能力的途径，也是岗前和日常培训的极佳教程,可作为自学和专业培训用.目 录：（LED专业知识）第一节 LED基础知识第二节电光源基础知识及其分类第三节电池的基础知识及其分类第四节 LED生产工艺第五节 LED封装工艺第六节 大功率LED的封装技术第七节 LED的几个主要生产商第八节 LED灯具的特点：第九节 常见的LED灯具第十节 热管散热技术第十一节 LED目前在照明行业中的主要应用范围第十二节 LED光源与传统光源的比较第十三节 照明设计原理第十四节 LED照明术语第十五节 LED的标准LED专业知识第一节 LED基础知识光是什么？光是电磁波，可见光是波长为380-780纳米的电磁波。小 于380纳米的电磁波为紫外线，如X-射线；大 于700纳米的电磁波为红外线，如微波、广播无线电波。波长单位为纳米，相当于十亿分之一米。LED是什么？L ED （Llighting Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光，L E D照明产品就是利用L E D作为光源制造出来的照明器具。当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，L E D发光产品的应用正吸引着世人的目光，L E D作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以L E D为代表的新型照明光源时代。L E D被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕L E D的研制展开了激烈的技术竞赛，美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。半导体发光二极管工作原理、特性、应用及光学特性（一）LED发光原理发光二极管是由IH-W族化合物，如GaAs（础化铉）、GaP（磷化钱）、GaAsP（磷神化钱）等半导体制成的，其核心是PN结。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）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合,每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在近PN结面数pirn以内产生。可 见 光（波长在380nm紫 光 780nm红光），比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。透明环氧树脂封装Lbu心月楔形支架 /阳极杆-有发射碗的阴极杆（二）LED的特性1.极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，L E D发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2.电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长。（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度，符号坎 德 拉（cd）。由于一般LED的发光强度小，所以发光强度常用坎德拉（med）作单位。（3）光谱半宽度 尢 它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角01/2和视角：91/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发 光 轴 向（法向）的夹角。半值角的2倍 为 视 角（或称半功率角）。给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中 垂 线（法线）A O的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1,离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是 在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。（7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用在正向电压正小于某值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IRb+OH-dischargeChargeOverall reaction：Ni(OH)?+M 二 NiOOH+MHdischarge(M:hydrogen-absorbing alloy;Hab:absorbed hydrogen)其中，M表示贮氢合金材料。电池的开路电压为：1.2 V-1.3 V,因贮氢材料和制备工艺不同而有所不同。过充电时，两极上的反应为：氧化锲电极上：4 0 H-4 e 2 H 2 0十0 2贮氢电极上；2 H 2 0+0 2+4 e 4 0 H 电池过充电时的总反应：0电池在设计中一般采米用负极过量的办法，氧化银电极全充电态时产生氧气，经过扩散在负极重新化合成水，这样，既保持了电池内压的恒定，同时义使电解液浓度不致发生巨人变化。当电池过放电时，电极反应为：氧化银电极上：2 H 2 0 +2 e H 2+2 0 H 贮氢电极上；H 2 +2 0 H-2 e 2 H 2 0电池过放电时的总反应：0虽然过放电时，电池总反应的净结果为零，但要出现反极现象。由于在正极上产生的氢气会在负极上新化合，同样也保持了体系的稳定。另外，负极活性物质氢以氢原子态能以相当高的密度吸附干贮氢合金中，在这样的电极上，吸放氢反应能平稳地进行，放电性能较镉-银电池而言得以提高。铅酸蓄电池工作原理所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的i种电气化学设备。构成铅蓄电池之主要成份如下：阳极板（过氧化铅.Pb02）活性物质阴极板（海绵状铅.Pb）活性物质电解液（稀硫酸）-一 硫酸.H2s04+水.H20电池外壳隔离板其它（液口栓.盖子等）一、铅蓄电池之原理与动作铅蓄电池内的阳极（Pb02）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，两极间会产生2V 的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：（阳极）（电解液）（阴极）Pb02+2H2S04+Pb-PbS04+2H20+PbS04（放电反应）（过氧化铅）（硫酸）（海绵状铅）（阳极）（电解液）（阴极）PbS04+2H20+PbS04 Pb02+2H2S04+Pb（充电反应）（硫酸铅）（水）（硫酸铅）1.放电中的化学变化蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物f硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度,亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。2.充电中的化学变化由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅，因此电池内电解液的浓度逐渐增加，亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束,而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流儿乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。二、电动车用蓄电池的构造电动车用蓄电池,必须具备以下条件：高性能耐震.耐冲击寿命长保养容易由于玻璃纤维管式铅蓄电池是累积多次实验结果而制成，故具有多项优点。1.极板根据蓄电池容量选择适当规格极板及数量组合而成。于充放电时.，两极活性物质随着体积的变化而反复膨胀与收缩。两极活性物质中，阴极板之海绵状铅的结合力较强，而阳极板之过氧化铅的结合力弱，因而在充放电之际，会徐徐脱落,此即为铅蓄电池寿命受到限制的原因。期使蓄电池使用期限延长，能耐震并耐冲击，则阳极板的改良即成当急要务。玻璃纤维管式的阳极板：此乃以玻璃纤维制的软管接在铅合金制的栉状格子(蕊金)上，在软管和蕊金间充填铅粉之后，将软管密封，使其发生变化，产生活性化物质，由于活性化物质不会脱落，与电解液接触亦良好，是一种非常好的极板材料。使用具有这种极板的蓄电池是电动车唯的选择。编织式软管乃以9 m i c r o m(u)的玻璃纤维编成管袋状，弹性好，可耐膨胀或收缩，而且对电解液的渗透度也非常良好，此软管乃是最佳产品，长久以来，实用绩效良好。糊状式极板：就是将稀硫酸炼制之糊状铅粉涂覆在铅合金制的格子上，俟其干燥后所形成之活性物质。这种方式一直被采用在铅蓄电池的阴极板上，同时亦使用在汽车，小货车的蓄电池阳极板上。2 .隔离板能防止阴、阳极板间产生短路，但不会妨碍两极间离子的流通。而且经长时间使用，也不会劣化，或释放杂质。铅蓄电池一般都使用胶质隔离板。3 .电池外壳耐酸性强，兼具机械性强度。电动车用的蓄电池外壳乃使用材质强韧之合成树脂经特殊处理制成，其机械性强度特别强，上盖亦使用相同材质，以热熔接着。4 .电解液电解液比重以2 0 的值为标准，电动车用的蓄电池完全充电时之电解液标准比重为1.2 8 0。5.液口栓液口栓的功能为排出充电时所产生的气体及补充纯水，测定比重。三、蓄电池的容量电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：电解液比值放电电流放电终止电压放电中的电解液温度1.放电中电压下降1.2 8 0/2 0 5小时的电流1.7 0 V/C e l l3 0 2 放电中端子电压比放电前之无负载电压(开路电压)低，理由如下:6 V=E-L RV：端子电压(V)E：开路电压(V)I：放电电流(A)R：内部阻抗(Q)(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。(3)放电时，电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2 3倍。用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低，乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大，因此放电流大，则上式的LR亦变大。2.蓄电池之容量表示在容量试验中，放电率与容量的关系如下：5 H R.1.7 V/c e l l3 H R.1.6 5 V/c e l l1 H R.1.5 5 V/c e l l严禁到达上述电压时还继续继续放电，放电愈深，电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄电池寿命。因 此，堆 高 机 无 负 重 扬 升 时 的 电 池 电 压 若 已 达1.7 5 v/c e l l(2 4 c e l l的4 2 v,1 2 c e l l的2 1 v)，则应停止使用,马上充电。3.蓄电池温度与容量当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。(B)电解液之阻抗增加，电瓶电压下降,蓄电池的5 H R容量会随蓄电池温度下降而减少。因此：(1)冬季比夏季的使用时间短。(2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大，而使一天的实际使用时间显著减短。若欲延长使用时间，则在冬季或是进入冷冻库前，应先提高其温度。4 .放电量与寿命每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响。5.放电量与比重蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的比重及1 0%放电时的比重，即可推算出蓄电池的放电量。测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此，定期性的测定使用后的比重，以避免过度放电，测比重的同时，亦侧电解液的温度，以2 0度C所换算出的比重，切勿使其降到80%放电量的数值以下。6.放电状态与内部阻抗内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗最大，主因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体一硫酸铅及电解液比重的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则硫酸铅形成安定的白色结晶后(此即文献上所说的硫化现象)，即使充电,极板的活性物资亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。白色硫酸铅化蓄电池放电，则阴、阳极板同时产生硫酸铅(P b S 0 4),若任其持续放电，不予充电，则最后会形成安定的白色硫酸铅结晶(即使再充电，亦难再恢复原来的活性物质)此状态称为白色硫化现象。7.放电中的温度当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电终了时的温度控制在4 0 c以下为最理想。四、充电的管理1.蓄电池的充电特性蓄电池充电的端子电压如下式表示V=E+I.R,在此=电瓶电压(V)1=充电电流(A)区=内部阻抗(Q)2.蓄电池温度与寿命蓄电池温度(电解液温度)升高，则阴阳极板上的活性物质即会劣化，并腐蚀阳极格子，而缩短电池寿命，相对的，电池温度太低时，会使电池蓄电容量减少，容易过度放电，进而使电池寿命缩短。此种关系也会因电池型式，极板材质而有变化。故应遵守下列之使用条件：通常蓄电池之电解液温度应维持在1 5 5 5 为理想使用状态，不得已的情况下，也不可超过放电时T 5 5 5 C,充 电 时0 6 0 的范围。实际使用时，由于充电时温度会上升，因此，放电终了时之电解液温度以维持在4 0 以下为最理想。3 .充电量与寿命蓄电池所须之充电量为放电量的1 1 0 1 2 0%.放电量与蓄电池寿命具密切关系,假设充电量为放电量1 2 0%时的电池，使用寿命为1 2 0 0 回(4 年)，则当电池的充电量达放电量之1 5 0 断寸，则可推算该电池的寿命为：1 2 0 0 回 X 1 2 0/1 5 0=96 0 回(3 2 年)又，此 1 5 0%的充电，迫使水被分解产生气体，电解液遽减，将使充电终点的温度上升,结果温度上升造成耐用年限缩短。此外，充电不足即又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。堆高机举重时，若电池温度保持在1 0 4 0 之间，其充电量亦维持在1 1 0 1 2 0%者，最能延长电池寿命，此时充电完成之比重，其 2 0 C 换算值约为1 2 8 o4 .气体的产生与通风换气充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，若空气中氢气达3.8%以上，且又近火源，则会发生爆炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。五、电解液之管理1 .比重测定测量比重时，须使用吸取式比重计将电解液缓缓吸入外筒，从浮标之刻度即可测知比重。铅蓄电池之电解液比重会随温度改变而变化，电解液比重乃以摄氏2 0 度时的比重为标准，因此比重计上的读数，必须换算为摄氏2 0 度时之标准比重。当温度变化摄氏一度时，则比重即变化0.0 0 0 7,因此，在测量比重的同时，必须测量温度，测温时，请使用棒状酒精温度计。该温度时所测之比重为S t,则以下式换算标准温度2 0 C 时之比重S 2 0,S 2 0=S t+0.0 0 0 7(t-2 0)S 2 0.为换算成2 0 时的比重S t.为 时 所 测 之 比 重t.为测得电解液之实际摄氏温度例如:2 0 时比重为1.2 8 0 者，在 1 0 时变成1.2 8 7;3 0 时，变成1.2 7 3。2.纯水之补充重复放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视电解液液位，随时补充纯水，以维持适当之液位，若因忽略补水，而露出极板，则会伤害极板。蓄电池用纯水的标准按日本蓄电池工业会S B A 4 0 0 1 的规定如下：项 目单 位规格浊 度无色透明液 性中 性导电度y v/c m1 0 以下氯(C 1)%0.0 0 0 1 以下铁(F e)%0.0 0 0 1 以下硫酸根(S 0 4)%0.0 0 0 1 以下强热残分%0.0 0 1以下其它%0.0 0 5以下3 .电解液中的不纯物与电池寿命电解液中若含有硝酸、盐酸、亚硫酸、盐素、有机物等，则会腐蚀极板，加速缩短电池寿命，同时也会加速自我放电，此外，铜、银、铁、镒亦会伤害电池导致自我放电量增加。蓄电池补充液位时，一定要使用纯水，用水冲洗电瓶时，定要将电池帽盖紧以避免冲洗用水流入电瓶内。4 .补水过多所造成的弊端补水时若超过最高液面（参照第4-1）则充电时就会发生满溢，而使稀硫酸成份流失，腐蚀电瓶箱，电解液比重偏低造成蓄电容量不足等。六、其它1 .自我放电蓄电池当其内部发生纯化学反应，或因不纯物污染造成电化学反应，或长久不用皆会耗电，此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造温度、比重、不纯物，使用过等而有所不同，一般在一天内会放掉0.5 设，蓄电池在使用前的保存期间就会自我放电，消耗蓄电量。当蓄电池处于长期持续放电状态时，则一旦形成白色硫酸铅化，则即使再充电，也无法恢复其容量。库存期间务必每1个月就充电一次。2 .电瓶寿命终期的判定蓄电池到寿命终期，其容量就会减少，至于其容量在数字上退减的程度为何？则可依容量试验测定之。放电前必须确定电池的比重与电压已达最高值，然后再持续充电1小时，才能完全充电。充 电 终 期 是将比重调整到1.2 8 0.0 1（2 0）液面亦维持在规定液面的标准。放电开始时期：充电完全放置1小时后。放电电流：5 H R规格容量的l/5（5 H R 4 0 0 A H时固定电流为8 0 A）放电终止电压：平均 1.7 V/c e l l （2 4 c e l l 为 4 0.8 V,1 2 c e l l 2 0.4 V）容量：放电电流X到达终止电压之前的放电时间.镇镉蓄电池工作原理蓄电池参数蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用A h（安时）表示，l A h就是能在1 A的电流下放电1小时。单元电池内活*物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活*物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。例如，用2 A电流对l A h电池充电，充电速率就是2 C；同样地，用2A电流对5 0 0 m A h电池充电，充电速率就是4 C。电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化，此外，电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。单元银镉电池的标称电压约为L 3 V （但一般认为是1.2 5 V）,单元银氢电池的标称电压为1.2 5 V o电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。蓄电池充足电时，极板上的活*物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。银镉电池的充电终止电压为1.751.8V,银氢电池的充电终止电压为1.5Vo放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。银镉电池的放电终止电压和放电速率的关系如表1-1所列，锲氢电池的放电终止电压-般规定为IV。银镉蓄电池的工作原理银镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚锲和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时，使用密度为1.17-1.19(15C时)的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时，使用密度 为1.19 1.21(15时)的氢氧化钾溶液。在-15以下时，使用密度为1.25-1.27(15C时)的氢氧化钾溶液。为兼顾低温*能和荷电保持能力，密封银镉蓄电池采用密度为1.40(15时)的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命,通常在电解液中加入少量的氢氧化锂(大约每升电解液加1520g)。锲镉蓄电池充电后，正极板上的活*物质变为氢氧化锲 N iO O H),负极板上的活*物质变为金属镉;银镉电池放电后，正极板上的活*物质变为氢氧化亚银,负极板上的活*物质变为氢氧化镉。1.放电过程中的电化学反应(1)负极反应负极上的镉失去两个电子后变成二价镉离子C d2+,然后立即与溶液中的两个氢氧根离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2,沉积到负极板上。此主题相关图片如下：(2)正极反应正极板上的活*物质是氢氧化银(NiOOH)晶体。银为正三价离子(Ni3+),晶格中每两个锲离子可从外电路获得负极转移出的两个电子，生成两个二价离子2Ni2+o与此同时，溶液中每两个水分子电离出的两个氢离子进入正极板，与晶格上的两个氧负离子结合，生成两个氢氧根离子，然后与晶格上原有的两个氢氧根离子一起，与两个二价锲离子生成两个氢氧化亚锲晶体。此主题相关图片如下：将以上两式相加，即得锲镉蓄电池放电时的总反应。2.充电过程中的化学反应充电时，将蓄电池的正、负极分别与充电机的正极和负极相连，电池内部发生与放电时完全相反的电化学反应，即负极发生还原反应，正极发生氧化反应。(1)负极反应充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应：(2)正极反应在外电源的作用下，正极板上的氢氧化亚银晶格中，两个二价银离子各失去一个电子生成三价锲离子，同时，晶格中两个氢氧根离子各释放出一个氢离子，将氧负离子留在晶格上，释出的氢离子与溶液中的氢氧根离子结合,生成水分子。然后，两个三价锲离子与两个氧负离子和剩下的二个氢氧根离子结合，生成两个氢氧化锲晶体：此主题相关图片如下：将以上两式相加，即得银镉蓄电池充电时的电化学反应：此主题相关图片如下：蓄电池充电终了时，充电电流将使电池内发生分解水的反应，在正、负极板上将分别有大量氧气和氢气析出，其电化学反应如下：从上述电极反应可以看出，氢摒化钠或氢氧化钾并不直接参与反应，只起导电作用。从电池反应来看，充电过程中生成水分子，放电过程中消耗水分子，因此充、放电过程中电解液浓度变化很小，不能用密度计检测充放电程度。3.端电压充足电后，立即断开充电电路，银镉蓄电池的电动势可达L5V左右，但很快就下降到L31-L36V。银镉蓄电池的端电压随充放电过程而变化，可用下式表示：U充E充+1充R内U放=放-I放R内从上式可以看出，充电时，电池的端电压比放电时高，而且充电电流越大，端电压越高；放电电流越大，端电压越低。当锲镉蓄电池以标准放电电流放电时，平均工作电压为L2V。采 用8h率放电时，蓄电池的端电压下降到1.IV后，电池即放完电。4.容量和影响容量的主要因素蓄电池充足电后，在一定放电条件下，放至规定的终止电压时，电池放出的总容量称为电池的额定容量，容 量Q用放电电流与放电时间的乘积来表示，表示式如下：Q=I-t(Ah)锲镉蓄电池容量与下列因素有关：活*物质的数量；放 电 率；电 解 液。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大,蓄电池的容量越小。使用不同成分的电解液，对蓄电池的容量和寿命有一定的影响。通常，在高温环境下，为了提高电池容量，常在电解液中添加少量氢氧化锂，组成混合溶液。实验证明：每升电解液中加入1520g含水氢氧化锂，在常温下，容量可提高4%5%,在40时，容量可提高20%。然而，电解液中锂离子的含量过多，不仅使电解液的电阻增大，还会使残留在正极板上的锂离子(L i+)慢慢渗入晶格内部，对正极的化学变化产生有害影响。电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。这是因为随着电解液温度升高，极板活*物质的化学反应也逐步改善。电解液中的有害杂质越多，蓄电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐。它们能使电解液的电阻增大，并且低温时容易结晶，堵塞极板微孔，使蓄电池容量显著下降。止 匕 外，碳酸根离子还能与负极板作用，生成碳酸镉附着在负极板表面上，从而引起导电不良，使蓄电池内阻增大，容量下降。5 .内阻锲镉蓄电池的内阻与电解液的导电率、极板结构及其面积有关，而电解液的导电率又与密度和温度有关。电池的内阻主要由电解液的电阻决定。氢氧化钾和氢氧化钠溶液的电阻系数随密度而变。1 8 c 时氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的电阻系数最小。6 .效率与寿命在正常使用的条件下，银镉电池的容量效率n Ah 为6 7%-7 5%,电能效率n W h为 5 5%6 5%,循环寿命约为2 0 0 0 次。容量效率n Ah 和电能效率n W h 计算公式如下：（U充和U放应取平均电压）7 .记忆效应银镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，锲镉电池只放出8 0%的电量后就开始充电，充足电.第四节 LED生产工艺工艺：a.清洗：采用超声波清洗P C B 或 L E D 支架，并烘干。b.装架：在 L E D 管 芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管 芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在P C B 或 L E D 支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c.压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到L E D 管芯上，以作电流注入的引线。L E D 直接安装在P C B 上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光T O P-L E D 需要金线焊机）d.封装：通过点胶，用环氧将L E D 管芯和焊线保护起来。在 P C B 板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光L E D）的任务。e.焊接：如果背光源是采用S M D-L E D 或其它已封装的L E D,则在装配工艺之前，需要将L E D 焊接到P C B 板上。f.切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。g.装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h.测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。LED的封装的任务是将外引线连接到L E D 芯片的电极上，同时保护好L E D 芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。LED封装形式L E D 封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。L E D 按封装形式分类有L a m p-L E D、T O P-L E D、S i d e-L E D、S M D-L E D、H i g h-P o w e r-L E D 等。LED封装工艺流程封装工艺说明1 .芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（l o c k h i l l）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整.2.扩片由于L E D芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1 m m）,不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LE D芯片的间距拉伸到约0.6 m m。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。3.点胶在LE D支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对 于G a A s、S i C导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿 光LE D芯片，采用绝缘胶来固定芯片。）工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。4 .备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LE D背面电极上，然后把背部带银胶的LE D安装在LE D支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。5 .手工刺片将扩张后LE D芯 片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LE D支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LE D芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。6 .自动装架自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先 在LE D支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LE D芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LE D芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。7烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在1 5 0 C,烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到1 7 0,1小时.绝缘胶一般1 5 0,1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小 时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。8 .压焊压焊的目的将电极引到L E D芯片上，完成产品内外引线的连接工作。L E D的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先 在L E D芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。压焊是L E D封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如 金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈 刀（钢嘴）选用、劈 刀（钢嘴）运动轨迹等等。（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。9.点胶封装L E；）,的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般 的L E D无法通过气密性试验）如右图所示的T O P-L E D和S i d e-L E D适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光L E D）,主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光L E D的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。1 0 .灌胶封装L a m p-L E D的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在L E D成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的L E D支架，放入烘箱让环氧固化后，将L E D从模腔中脱出即成型。1 1.模压封装将压焊好的L E D支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个L E D成型槽中并固化。1 2 .固化与后固化固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在1 3 5,1小时。模压封装一般在15 0 c,4分钟。13.后固化固化是为了让环氧充分固化，同时对L E D进行热老化。后固化对于提高环氧与 支 架（PC B）的粘接强度非常重要。一般条件为120,4小时。14 .切筋和划片由于-L E D在生产中是连在一起的（不是单个），L a m p封 装L E D采用切筋切断L E D支架的连筋。S M D-L E D则是在一片PC B板上，需要划片机来完成分离工作。15 .测试测 试L E D的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对L E D产品进行分选。16 .包装将成品进行计数包装。超高亮L E D需要防静电包装。第五节 LED封装工艺一、LED器件的封装工艺是一个十分重要的工作。否则，LED器件光损失严重，光通和光效低，光色不均匀，使用寿命短，封装工艺决定器件使用的成败。当前所发展的白色LED的典型的传统结构难以适应作为照明光嫄的要求，模粒、支架、封装用的树脂，光学结构等有待采用新设计思想、新工艺和新材料 以臻工艺完善，适合固体照明光源的发展。以下儿个问题应优先发展：1、取光率。外量子效率低，折射率物理屏障难以克服。2、导热。3、光色均匀和光通高的封装工艺；4、封装树脂，高透过率，耐热，高热导率，耐 U V 和日光辐射及抗潮的封装树脂。5、涂敷荧光粉胶工艺，目前滴胶工艺落后，成品率低，一致性差，劳动强度大。二、白光LED照明灯具我们必须认识到，单个或多个白光LED与用作照明光源的灯具的概念是有差异的。到目前，国内外所研发和生产的白光LED还远不能达到照明光源的要求。白光LED在实现照明光源的灯具所面临的一些重大问题与紧凑型荧光灯曾面临已解决或正在解决的问题相似。1、灯具中安装的AC-DC转换电路应适应LED电流驱动的特点这个电源既要有供LED所需的接近恒流的正向电流输出，又要有高的转换率，以保证LED安全可靠工作，当然还要注意成本。2、LED灯具可靠性影响灯具可靠性的因素主要是LED器件和上述电气元器件。到目前没有生产白光LED器件厂商提供器件失效率的详细资料或技术规范，更没有照明光源用 LED灯具的标准。3、灯具散热单个LED导热的克服，并不等于照明光源灯具散热的解决，随着大功率、大尺寸、高亮度芯片发展，LED器件和灯具的散热必须解决。4、灯具光色的均匀性和光学系统由于小小的LED特殊结构导致的光特性不像白炽灯泡和荧光灯那样，存在白光光色的不均匀性问题。组合成照明灯具后，光色的均匀性又如何？由若干LED组合成的“二次光源”的配光分布及构成LED灯具的光学系统如何满足照明光源要求是一个复杂的系统工程，这是需要认真考虑和解决的。很多年来，发光二极管（LED）广泛的应用于状态显示与点阵显示板。现在,不仅可以选择近期刚刚研发出来的蓝光和白光产品（普遍用于便携设备），而且也能在已有的绿光、红光和黄光产品中选择。例如，白光LED被认为是彩色显示器的理想背光源。但是，必须注意这些新型LED产品的固有特性，需要为其设计适当的供电电源。标准红光、绿光和黄光LED使 LED工作的最简单的方式是，用一个电压源通过串接 个电阻与LED相连。只要工作电压（VB）保持恒定，LED就可以发出恒定强度的光（尽管随着环境温度的升高光强会减小）。通过改变串联电阻的阻值能够将光强调节至所需要的强度。对于5mm直径的标准LE D,图 1 给出了其正向导通电压（VF）与正向电流（IF）的函数曲线。1 注意LED的正向压降随着正向电流的增大而增加。假定工作于10mA正向电流的绿光LED应该有5 V 的恒定工作电压，那么串接电阻 R V 等 于（5V-VF,10mA）/10mA=300。如数据表中所给出的典型工作条件下的曲线图（图2）所示，其正向导通电压为2V。图 1、标准红光、绿光和黄光LED具有1.4V至 2.6V的正向导通电压范围。当正向电流低于10mA时，正向导通电压仅仅改变儿百毫伏。图2、串联电阻和稳压源提供了简单的LED驱动方式。这类商用二极管采用GaAsP（磷碎化钱）制成。易于控制，并且被绝大多数工程师所熟知，它们具有如下优点：所产生的色彩（发射波长）在正向电流、工作电压以及环境温度变化时保持相当的稳定性。标准绿光LED发射大约565nm的波长，容差仅有25nm。由于色彩差异非常小，在同时并联驱动几个这样的LED时不会出现问题（如图3所示）。正向导通电压的正常变化会使光强产生微弱的差异，但这是次要的。通常可以忽略同一厂商、同一批次的LED之间的差异。正向电流高至大约10mA时，正向电压变化很小。红光LED的变化量大约为2 0 0m V,其它色彩大约为400mV（