《LED基础知识介绍》PPT课件

LED基 础 知 识 介 绍 安徽徽博照明科技有限公司 -徽博照明LED 2目 录 一 、 LED简 介三 .LED常 用 术 语二 .LED优 点四 .LED芯 片 介 绍五 .LED封 装 技 术 六 .LED重 要 参 数七 .LED应 用 31.什 么 是 LEDLED 是 取 自 Light Emitting Diode 三 个 字 的 缩 写 ， 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 具 有 二 极 管 的 特 性 。一 、 LED简 介 4 2.发 光 二 极 管 的 工 作 原 理 LED发 射 的 是 自 发 辐 射 光 （ 非 相 干 光 ） 。 大 多 采 用 双 异 质 结 结 构 ， 把有 源 层 夹 在 P型 和 N型 限 制 层 间 ， 但 没 有 光 学 谐 振 腔 ， 故 无 阈 值 。LED分 为 正 面 发 光 型 和 侧 面 发 光 型 ， 侧 面 发 光 型 LED的 驱 动 电 流 较 大， 输 出 光 功 率 小 ， 但 光 束 发 射 角 小 ， 与 光 纤 的 耦 合 效 率 高 ， 故 入 纤 光功 率 比 正 面 发 光 型 LED高 。 5 3.LED的 基 本 结 构 第 一 个 商 用 二 极 管 产 生 于 1960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 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 . 64.LED光 源 的 特 点 电 压 ： LED使 用 低 压 电 源 ， 单 颗 电 压 在 1.9-4V之 间 ， 比 使 用 高 压 电源 更 安 全 的 电 源 。 效 能 ： 光 效 高 ， 目 前 实 验 室 最 高 光 效 已 达 到 208 lm/w（ cree） ,是 目前 光 效 最 高 的 照 明 产 品 。 抗 震 性 ： LED是 固 态 光 源 ， 由 于 它 的 特 殊 性 ， 具 有 其 他 光 源 产 品 不 能比 拟 的 抗 震 性 。 稳 定 性 ： 10万 小 时 ， 光 衰 为 初 始 的 70% 响 应 时 间 ： LED灯 的 响 应 时 间 为 纳 秒 级 ， 是 目 前 所 有 光 源 中 响 应 时 间最 快 的 产 品 。 环 保 ： 无 金 属 汞 等 对 身 体 有 害 物 质 。 颜 色 ： LED的 带 快 相 当 窄 ， 所 发 光 颜 色 纯 ， 无 杂 色 光 ， 覆 盖 整 过 可 见 光 的 全 部 波 段 ， 且 可 由 RGB组 合 成 任 何 想 要 可 见 光 。 7LED色 彩 丰 富 由 于 LED带 宽 比 较 窄 ，颜 色 纯 度 高 ， 因 此 LED的 色 彩 比 其 他 光 源 的 色彩 丰 富 得 多 。 据 有 关 专 家 计 算 ， LED的 色 彩 比 其 他 光 源 丰 富30%,因 此 ， 它 能 够 更 准确 的 反 应 物 体 的 真 实 性， 当 然 也 更 受 消 费 者 的青 睐 ！ 8二 .LED的 优 点l 1、 体 积 小 LED基 本 上 是 一 块 很 小 的 晶 片 被 封 装 在 环 氧 树 脂 里 面 ， 所 以 它 非 常 小， 非 常 轻 。l 2、 耗 电 量 低 LED耗 电 相 当 低 ， 直 流 驱 动 ， 超 低 功 耗 （ 单 管 0.03-0.06瓦 ） ， 电 光功 率 转 换 接 近 30%。 一 般 来 说 LED的 工 作 电 压 是 2-3.6V， 工 作 电 流 是0.02-0.03A； 这 就 是 说 ， 它 消 耗 的 电 能 不 超 过 0.1W， 相 同 照 明 效 果 比传 统 光 源 节 能 近 80%。l 3、 使 用 寿 命 长 有 人 称 LED光 源 为 长 寿 灯 。 它 为 固 体 冷 光 源 ， 环 氧 树 脂 封 装 ， 不 存 在灯 丝 发 光 易 烧 、 热 沉 积 等 缺 点 ， 在 恰 当 的 电 流 和 电 压 下 ， 使 用 寿 命 可达 6万 到 10万 小 时 ， 比 传 统 光 源 寿 命 长 10倍 以 上 。 9l 4、 高 亮 度 、 低 热 量 LED使 用 冷 发 光 技 术 ， 发 热 量 比 普 通 照 明 灯 具 低 很 多 。l 5、 环 保 LED是 由 无 毒 的 材 料 作 成 ， 不 像 荧 光 灯 含 水 银 会 造 成 污 染 ， 同 时 LED也可 以 回 收 再 利 用 。 光 谱 中 没 有 紫 外 线 和 红 外 线 ， 既 没 有 热 量 ， 也 没 有 辐射 ， 眩 光 小 ， 冷 光 源 ， 可 以 安 全 触 摸 ， 属 于 典 型 的 绿 色 照 明 光 源l 6、 坚 固 耐 用 LED被 完 全 封 装 在 环 氧 树 脂 里 面 ， 比 灯 泡 和 荧 光 灯 管 都 坚 固 。 灯 体 内 也 没 有 松 动 的 部 分 ， 使 得 LED不 易 损 坏 。 10l 7、 多 变 幻 LED光 源 可 利 用 红 、 绿 、 蓝 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 256 256 256=16777216种 颜 色 ， 形 成 不 同光 色 的 组 合 变 化 多 端 ， 实 现 丰 富 多 彩 的 动 态 变 化 效 果 及 各 种 图 像 。l 8、 技 术 先 进 与 传 统 光 源 单 调 的 发 光 效 果 相 比 ， LED光 源 是 低 压 微 电 子 产 品 。 它 成 功 融 合 了 计算 机 技 术 、 网 络 通 信 技 术 、 图 像 处 理 技 术 、 嵌 入 式 控 制 技 术 等 ， 所 以 亦 是 数 字信 息 化 产 品 ， 是 半 导 体 光 电 器 件 “ 高 新 尖 ” 技 术 ， 具 有 在 线 编 程 、 无 限 升 级 、灵 活 多 变 的 特 点 。l 9、 综 合 长 寿 命 -寿 命 可 超 过 十 万 小 时 ， 相 比 钨 丝 灯 泡 的 寿 命 只 有 1000小 时 ， 稳 固 -没 有 移动 部 件 ， 没 有 玻 璃 ， 大 小 -大 多 数 的 直 径 只 有 5毫 米 ， 能 耗 -高 达 90%的 转 换 率 将电 能 转 化 成 光 能 ， 需 要 极 少 的 电 力 供 应 ， 环 保 无 毒 -没 有 水 银 等 有 毒 重 金 属 ， 多功 能 性 -可 实 现 各 种 颜 色 变 化 ， 温 度 低 -比 HID或 白 炽 灯 更 少 的 热 辐 射 ， 直 流 低 电压 -某 些 应 用 场 下 更 安 全 11三 .LED常 用 照 明 术 语 光 通 量 ( ) :点 光 源 或 非 点 光 源 在 单 位 时 间 内 所 发 出 的 能 量 ,其 中 可产 生 视 觉 者 (人 能 感 觉 出 来 的 辐 射 通 量 )即 称 为 光 通 量 。 光 通 量 的 单 位为 流 明 (简 写 lm),1流 明 (lumen或 lm)定 义 为 一 国 际 标 准 烛 光 的 光 源 在单 位 立 体 弧 角 内 所 通 过 的 光 通 量 。 光 照 度 ： 可 用 照 度 计 直 接 测 量 。 光 照 度 的 单 位 是 勒 克 斯 ， 是 英 文 lux的 音 译 ， 也 可 写 为 lx。 被 光 均 匀 照 射 的 物 体 ， 在 1平 方 米 面 积 上 得 到的 光 通 量 是 1流 明 时 ， 它 的 照 度 是 1勒 克 斯 。 发 光 强 度 ： 简 称 光 强 ， 国 际 单 位 是 candela（ 坎 德 拉 ） 简 写 cd。 Lcd是指 光 源 在 指 定 方 向 的 单 位 立 体 角 内 发 出 的 光 通 量 。 光 源 辐 射 是 均 匀 时， 则 光 强 为 I=F/ ， 为 立 体 角 ， 单 位 为 球 面 度 （ sr） ,F为 光 通 量 ，单 位 是 流 明 ， 对 于 点 光 源 由 I=F/4 。 左 右 。 光 亮 度 ： 表 示 发 光 面 明 亮 程 度 的 ， 指 发 光 表 面 在 指 定 方 向 的 发 光 强 度 与 垂 直 且 指 定 方 向 的 发 光 面 的 面 积 之 比 ， 单 位 是 坎 德 拉 /平 方 米 。 对于 一 个 漫 散 射 面 ， 尽 管 各 个 方 向 的 光 强 和 光 通 量 不 同 ， 但 各 个 方 向 的亮 度 都 是 相 等 的 。 电 视 机 的 荧 光 屏 就 是 近 似 于 这 样 的 漫 散 射 面 ， 所 以从 各 个 方 向 上 观 看 图 像 ， 都 有 相 同 的 亮 度 感 。 12 显 色 性 ： 光 源 对 物 体 呈 现 的 程 度 ， 即 颜 色 的 逼 真 程 度 。 常 称 “ 显 色 指数 ” 单 位 ： Ra。 光 效 ： 光 源 发 出 的 光 通 量 除 以 光 源 的 功 率 。 它 是 衡 量 光 源 节 能 的 重要 指 标 。 单 位 ： 每 瓦 流 明 （ Lm/w） 。 色 温 ： 光 源 发 射 光 的 颜 色 与 黑 体 在 某 一 温 度 下 辐 射 光 色 相 同 时 ， 黑体 的 温 度 称 为 该 光 源 的 色 温 。 单 位 ： 开 尔 文 （ k） 。 光 束 角 ： 通 常 称 角 度 ， 指 于 垂 直 光 束 中 心 线 之 一 平 面 上 ， 发 光 强 度 等于 50%最 大 发 光 强 度 的 二 个 方 向 之 间 的 夹 角 。 13 结 温 ： 是 指 管 芯 PN 结 的 平 均 温 度 ， 用 T J 表 示 。 LED结温 高 低 直 接 影 响 到 LED出光 效 率 、 器 件 寿 命、 可 靠 性 、 发 射 波长 等 是 LED器 件 封 装 和器 件 应 用 设 计 必 须着 重 解 决 的 核 心 问题 . 14 热 阻 ： 是 指 反 映 阻 止 热 量 传 递 能 力 的 综 合 参 量 。 单 位 ： /W， 即 物体 持 续 传 热 功 率 为 1W时 ， 导 热 路 径 两 端 的 温 差 。 总 热 阻 为 各 层 热 阻 之 和 . 15四 .LED芯 片 介 绍 1.Led芯 片 的 结 构 LED芯 片 有 两 种 基 本 结 构 ， 水 平 结 构 （ Lateral） 和 垂 直 结 构 （ Vertical） 。 横 向 结 构 LED芯 片 的 两 个 电 极 在 LED芯 片 的 同 一 侧 ， 电 流 在 n-和 p-类 型 限制 层 中 横 向 流 动 不 等 的 距 离 。 垂 直 结 构 的 LED芯 片 的 两 个 电 极 分 别 在 LED外 延 层 的 两 侧 ， 由 于 图 形 化 电极 和 全 部 的 p-类 型 限 制 层 作 为 第 二 电 极 ， 使 得 电 流 几 乎 全 部 垂 直 流 过 LED外 延 层 ， 极 少 横 向 流 动 的 电 流 ， 可 以 改 善 平 面 结 构 的 电 流 分 布 问 题 ， 提 高 发 光 效 率 ， 也 可 以 解 决 P极 的 遮 光 问 题 ， 提 升 LED的 发 光 面 积 。 162. 芯 片 的 分 类l 1).引 脚 式 ： 有 两 个 引 脚 ， 一 般 用 于 小 功 率 。l 优 点 ： 技 术 成 熟 ， 产 品 可 靠 ， 成 本 低 ， 体 积 小 ， 适 用 范 围 广l 缺 点 ： 允 许 通 过 的 最 电 流 较 小 ， 亮 度 低 ， 没 有 特 别 的 散 热 设 计 ， 热 电通 道 都 是 通 过 引 脚 完 成 ， 散 热 性 能 不 佳 ， 寿 命 受 到 限 制 。 17 2).SMD封 装 ： 表 面 贴 片 式 二 极 管 ， 可 满 足 表 面 贴 装 结 构 的 各 种 电 子产 品 的 需 要 ， 但 功 率 也 不 能 做 得 很 大 。 优 点 ： 一 致 性 好 ， 适 合 大 规 模 生 产 ， 能 够 集 成 多 颗 芯 片 得 到 极 大 的 功率 。 缺 点 ： 热 量 过 于 集 中 散 热 较 难 。 18 3).食 人 鱼 封 装 ： 有 四 个 引 脚 ， 两 个 为 正 ， 两 个 为 负 ， 导 热 性 能 比 小 功率 好 。 食 人 鱼 这 个 名 字 是 从 外 国 传 入 的 ， 因 为 的 外 型 类 似 亚 马 逊 河 中的 食 人 鱼 。 特 点 ： 支 架 为 铜 制 ， 面 积 大 散 热 快 可 以 长 时 间 使 用 ， 常 用 作 汽车 刹 车 灯 、 转 向 灯 。 19 五 .LED的 封 装 技 术 1.扩 晶 ： 把 排 列 的 密 密 麻 麻 的 晶 片 弄 开 一 点 便 于 固 晶 。 2.固 晶 ： 在 支 架 底 部 点 上 导 电 /不 导 电 的 胶 水 (导 电 与 否 视 晶 片 是 上 下LED封 装 车 间 型 PN结 还 是 左 右 型 PN结 而 定 ） 然 后 把 晶 片 放 入 支 架 里面 。 3.短 烤 ： 让 胶 水 固 化 焊 线 时 晶 片 不 移 动 。 4.焊 线 ： 用 金 线 把 晶 片 和 支 架 导 通 。 5.前 测 ： 初 步 测 试 能 不 能 亮 。 20 6.灌 胶 ： 用 胶 水 把 芯 片 和 支 架 包 裹 起 来 。 7.长 烤 ： 让 胶 水 固 化 。 8.后 测 ： 测 试 能 亮 与 否 以 及 电 性 参 数 是 否 达 标 。 9.分 光 分 色 把 颜 色 和 电 压 大 致 上 一 致 的 产 品 分 出 来 。 10.包 装 。 21 六 .LED的 重 要 参 数 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 ， LED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 。 22 2 电 参 数 的 意 义 (1)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 。 (2)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 作 电 压 VF在 1.4 3V。 在 外 界 温 度 升 高 时 ， VF将 下 降 。 (3)V-I特 性 ： 发 光 二 极 管 的 电 压 与 电 流 的 关 系 在 正 向 电 压 正 小 于 某 一 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 IR10A以 下 。 23七 .LED的 应 用 (1)显 示 屏 、 交 通 讯 号 显 示 光 源 的 应 用 LED灯 具 有 抗 震 耐 冲 击 、 光 响 应 速度 快 、 省 电 和 寿 命 长 等 特 点 ， 广 泛 应 用 于 各 种 室 内 、 户 外 显 示 屏 ， 分 为全 色 、 双 色 和 单 色 显 示 屏 ， 全 国 共 有 100多 个 单 位 在 开 发 生 产 。 交 通 信 号灯 主 要 用 超 高 亮 度 红 、 绿 、 黄 色 LED， 因 为 采 用 LED信 号 灯 既 节 能 ， 可靠 性 又 高 ， 所 以 在 全 国 范 围 内 ， 交 通 信 号 灯 正 在 逐 步 更 新 换 代 ， 而 且 推广 速 度 快 ， 市 场 需 求 量 很 大 ， 是 个 很 好 的 市 场 机 会 。 (2)汽 车 工 业 上 的 应 用 汽 车 用 灯 包 含 汽 车 内 部 的 仪 表 板 、 音 响 指 示 灯 、 开关 的 背 光 源 、 阅 读 灯 和 外 部 的 刹 车 灯 、 尾 灯 、 侧 灯 以 及 头 灯 等 。 汽 车 用白 炽 灯 不 耐 震 动 撞 击 、 易 损 坏 、 寿 命 短 ， 需 要 经 常 更 换 。 1987年 ， 我 国开 始 在 汽 车 上 安 装 LED高 位 刹 车 灯 。 由 于 LED响 应 速 度 快 ,可 以 及 早 提 醒司 机 刹 车 ， 减 少 汽 车 追 尾 事 故 ， 在 发 达 国 家 ， 使 用 LED制 造 的 中 央 后 置 高 位 刹 车 灯 已 成 为 汽 车 的 标 准 件 ， 美 国 HP公 司 在 1996年 推 出 的 LED汽 车尾 灯 模 组 可 以 随 意 组 合 成 各 种 汽 车 尾 灯 。 24 (3)LED背 光 源 以 高 效 侧 发 光 的 背 光 源 最 为 引 人 注 目 ， LED作 为 LCD背 光 源 应 用 ，具 有 寿 命 长 、 发 光 效 率 高 、 无 干 扰 和 性 价 比 高 等 特 点 ， 已 广 泛 应 用 于 电 子 手 表 、手 机 、 BP机 、 电 子 计 算 器 和 刷 卡 机 上 ， 随 着 便 携 电 子 产 品 日 趋 小 型 化 ， LED背 光源 更 具 优 势 ， 因 此 背 光 源 制 作 技 术 将 向 更 薄 型 、 低 功 耗 和 均 匀 一 致 方 面 发 展 。LED是 手 机 关 键 器 件 ， 一 部 普 通 手 机 或 小 灵 通 约 需 使 用 10只 LED器 件 ， 而 一 部 彩屏 和 带 有 照 相 功 能 的 手 机 则 需 要 使 用 约 20只 LED器 件 。 现 阶 段 手 机 背 光 源 用 量 非常 大 ， 一 年 要 用 35亿 只 LED芯 片 。 我 国 手 机 生 产 量 很 大 ， 而 且 大 部 分 LED背 光 源还 是 进 口 的 ， 对 于 国 产 LED产 品 来 说 ， 这 是 个 极 好 的 市 场 机 会 。 (4)LED照 明 光 源 早 期 的 产 品 发 光 效 率 低 ， 光 强 一 般 只 能 达 到 几 个 到 几 十 个 mcd，适 用 在 室 内 场 合 ， 在 家 电 、 仪 器 仪 表 、 通 讯 设 备 、 微 机 及 玩 具 等 方 面 应 用 。 随 着LED散 热 技 术 的 改 进 ， LED光 源 替 代 白 炽 灯 和 荧 光 灯 甚 至 是 碘 钨 灯 、 高 压 钠 灯 等 大 功 率 光 源 的 替 代 趋 势 已 从 局 部 应 用 领 域 开 始 发 展 。 日 本 为 节 约 能 源 ， 正 在 计 划替 代 白 炽 灯 的 发 光 二 极 管 项 目 (称 为 照 亮 日 本 )， 头 五 年 的 预 算 为 50亿 日 元 ， 如 果LED替 代 半 数 的 白 炽 灯 和 荧 光 灯 ， 每 年 可 节 约 相 当 于 60亿 升 原 油 的 能 源 ,相 当 于 五个 1.35 106kW核 电 站 的 发 电 量 ， 并 可 减 少 二 氧 化 碳 和 其 它 温 室 气 体 的 产 生 ， 改善 人 们 生 活 居 住 的 环 境 。 我 国 也 于 2004年 投 资 50亿 大 力 发 展 节 能 环 保 的 半 导 体 照明 计 划 。 25 (5)其 它 应 用 例 如 一 种 受 到 儿 童 欢 迎 的 闪 光 鞋 ， 走 路 时 内 置 的 LED会 闪 烁发 光 ， 仅 温 州 地 区 一 年 要 用 5亿 只 发 光 二 极 管 ； 利 用 发 光 二 极 管 作 为 电动 牙 刷 的 电 量 指 示 灯 ， 据 国 内 正 在 投 产 的 制 造 商 介 绍 ,该 LED灯 具 (5张 )公 司 已 有 少 量 保 健 牙 刷 上 市 ， 预 计 批 量 生 产 时 每 年 需 要 3亿 只 发 光 灯 ；正 在 流 行 的 LED圣 诞 灯 ， 由 于 造 型 新 颖 、 色 彩 丰 富 、 不 易 碎 破 以 及 低 压使 用 的 安 全 性 ， 近 在 香 港 等 东 南 亚 地 区 销 势 强 劲 ， 受 到 人 们 普 遍 的 欢 迎， 正 在 威 胁 和 替 代 现 有 电 泡 的 圣 诞 市 场 。 (6)家 用 室 内 照 明 的 LED产 品 越 来 受 人 欢 迎 ， LED筒 灯 ， LED天 花 灯 ，LED日 光 灯 ， LED光 纤 灯 已 悄 悄 地 进 入 家 庭 ！ (7)led广 告 宣 传 车 ， 从 2010年 起 开 始 流 入 国 内 。 LED移 动 广 告 车 （ OMDM)， Outdoor Mobile Direct Mail advertising是 LED行 业 兴 起 后 的 伴生 产 物 。 是 指 由 LED屏 作 为 信 息 输 出 设 备 ， 移 动 车 身 作 为 重 体 的 广 告 设备 ， 自 身 可 以 变 换 位 置 ， 一 般 自 带 发 电 机 、 音 响 、 电 脑 等 设 备 ， 属 于 广告 车 中 的 一 种 。 26LED办 公 照 明LED日 光 灯 LED面 板 灯 27LED商 业 照 明LED射 灯 LED天 花 灯 28LED筒 灯 LED蜡 烛 灯LED工 矿 灯 29LED路 灯 30