《LED灯基础知识》PPT课件.ppt

LED灯基础知识,2010.04.14,一、什么是LED灯,LED是英文light emitting diode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN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，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。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LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED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线，光的强弱与电流有关。打个比方，LED就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼”，而上下的电极就是夹肉的面包。,二、LED光源的优点,1.LED在结构上没有玻璃外壳，不需要想白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体，因此抗震、抗冲击性良好，给生产、运输、使用各个环节带来便利 2.LED元件的体积可以做的非常小，更加便于各种设备的布置和设计。 3.LED的发出的光线能量集中度很高，集中在较小的波长窗口内，纯度高。 4.LED元件的寿命非常长，普遍在5万-10万小时之间，即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时） 5.LED响应时间非常快，在微秒级别。 6.LED的发光指向性非常强，亮度衰减比传统光源低很多。,二、LED光源的优点,7.高效节能：一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电） 8.健康：光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线） 9.绿色环保：不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰） 10.保护视力：直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪） 11.发光效率高：发热小，90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）,二、LED光源的优点,12.安全系数高：所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，于矿场等危险场所。（LED使用低压直流电即可驱动，对使用环境要求较低） 13.市场潜力大：低压、直流供电，电池、太阳能供电，于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。,三、LED照明技术的发展历程,在LED刚刚出现的时候，其发光的颜色和效率都比较低。当时主要使用的发光材料是“GaAsP”，驱动电流在20mA，只能发出红色的光，而且发光效率只有0.1流明/瓦，因此亮度仅仅能够满足一些仪表、电器上的指示之用，并没有得到广泛的使用和注意。在70年代中期，通过引入元素In和N，使得 LED可以发出波长为555纳米的绿光、波长为590纳米的黄光和波长为610纳米的橙光，同时发光效率也提高到了1流明/瓦。到了80年代初，又出现了使用GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。而进入90年代后，能发出红光、黄光的GaAlInP和发出绿光、蓝光的 GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙色光区域(波长615纳米左右)的光效达到 100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域(波长为530纳米)的光效也可以达到50流明/瓦。不仅超过了传统的白炽灯，而且和发光效率较高的荧光灯已经非常接近。,四、LED的分类,1.按发光管发光颜色分：可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管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。 2.按发光二极管的结构分：有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。,四、LED的分类,3.按发光管出光面特征分：圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5#176;20#176;或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20#176;45#176;。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45#176;90#176;或更大，散射剂的量较大。,五、LED的色彩与工艺,制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历史上第一个LED所使用的材料是砷(As)化镓(Ga) ,其正向PN结压降(VF，可以理解为点亮或工作电压)为1.424V，发出的光线为红外光谱。另一种常用的LED材料为磷(P)化镓(Ga)，其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的红光LED，GaAs0.35P0.65 的橙光LED，GaAs0.14P0.86 的黃光 LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。而GaN（氮化镓）的蓝光 LED 、GaP 的绿光 LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。而目前最新的工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca) 、铟(In)和氮(N)四种元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围.,六、发光强度,发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光 Candle power） 1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度） 1L（流明）指1 CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。 1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。 一般主动发光体采用发光强度单位烛光CD，如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L，如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux，一般用于摄影等领域,六、发光强度,单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。 当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以3090不等，作为单管平均发光强度。,七、其它,一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。 配色、白平衡： 白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色