LED特征分类 1

1、LED灯LEDLED基本特征基本特征LED是利用化合物材料制成是利用化合物材料制成pn结的光结的光电器件。它具备电器件。它具备pn结结结结型型器件器件:一一.电学特性：电学特性：二二.光学特性：光学特性：a.光谱响应特性、光谱响应特性、b.发光光强指向特性、发光光强指向特性、c.时间特性。时间特性。三三.热学热学特性特性:发光二极管主要参数与特性发光二极管主要参数与特性正向死区图I-V 特性曲线反向死区击穿区IR IV R0IF工作区V FV1、I-V特性特性: 表征LED芯片pn结制备性能主要参数。 LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性单向导电性，即外加正偏压表现低接 触电阻，

2、反之为高接触电阻。 一一.LED电学特性电学特性相对亮度IF 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCDLCD（液晶显示）约液晶显示）约1010- -3 31010-5-5S S，CRTCRT、PDPPDP、LEDLED都达到都达到1010-6-61010-7-7S S（usus级）。级）。2、响应时间响应时间 响应时间从使用角度来看，就是响应时间从使用角度来看，就是LEDLED点亮与熄灭所延迟的时间，即图点亮与熄灭所延迟的时间，即图中中t tr r 、t tf f 。图中图中t t0 0值很小，可忽略。值很小，可

3、忽略。 响应时间主要取决于载流子寿命、响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。器件的结电容及电路阻抗。 LED LED的点亮时间的点亮时间上升时间上升时间t tr r是指接是指接通电源使发光亮度达到正常的通电源使发光亮度达到正常的10%10%开始，一开始，一直到发光亮度达到正常值的直到发光亮度达到正常值的90%90%所经历的时所经历的时间。间。 LED LED 熄灭时间熄灭时间下降时间下降时间t tf f是指正是指正常发光减弱至原来的常发光减弱至原来的10%10%所经历的时间。所经历的时间。 不同材料制得的不同材料制得的LEDLED响应时间各不相同响应时间各不相同；如；如GaAs

4、GaAs、GaAsPGaAsP、GaAlAsGaAlAs其响应时间其响应时间1010-9-9S S，GaPGaP为为1010-7-7 S S。因此它们可用在因此它们可用在1010010100MHMHZ Z高频系统。高频系统。二二.LED光学特性光学特性发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。来量度其光学特性。 发光强度是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装， LED管芯位置离模粒头远些； 使用圆锥状（子弹头）的模粒头； 封装的环氧树脂中勿加

5、散射剂。图1 指向性强（21/2小）图2 指向性弱（21/2大） 为获得高指向性的角分布（如图1）3 3 、发光光强、发光光强、人眼感光4 4、 发光峰值波长发光峰值波长 LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。 LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。 1 1 蓝光蓝光InGaN/GaN InGaN/GaN 2 2 绿光绿光 GaP:N GaP:N 3 3 红光红光 GaP:Zn-OGaP:Zn-O 4

6、4 红外红外GaAs GaAs 5 Si 5 Si光敏光电管光敏光电管 6 6 标准钨丝灯标准钨丝灯 是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰p = 460465nm； 是绿色GaP:N的LED，发光谱峰p = 550nm； 是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰p = 680700nm； 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰p = 910nm； 是Si光电二极管，通常作光电接收用。 LED发光颜色发光颜色p p（nmnm）材料材料可见光发光效率（可见光发光效率（lm/w）外量子效率外量子效率最高值最高值平均值平均值红光红光700660650GaP: :Zn-OGaAlAsGaAsP2

7、.40.270.38120.50.5130.30.2黄光黄光590GaP: :N-N0.450.1绿光绿光555GaP: :N4.20.70.0150.15蓝光蓝光465GaN10白光白光谱带谱带GaN+YAG小芯片小芯片1.6，大芯片大芯片18GaP:NGaP:Zn-OA/cm 若光源表面是理想漫反射面，亮度若光源表面是理想漫反射面，亮度B BO O与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为度约为70007000NitNit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为尼特），从地面看太阳表面亮度约为141410108 8NitNit。 亮度是亮度是L

8、EDLED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。发光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度其正法线方向的亮度B BO O=I=IO O/A/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为的光通量，单位为cd/mcd/m2 2 或或NitNit。 LED LED亮度与外加电流密度有关，一般的亮度与外加电流密度有关，一般的LEDLED，J JO O（电流密度）增加电流密度）增加B BO O也近似增大。也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，另外，亮度

9、还与环境温度有关，环境温度升高，c c（复合效率）下降，复合效率）下降，B BO O减小。当环减小。当环境温度不变，电流增大足以引起境温度不变，电流增大足以引起pnpn结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。5 5、 发光亮度发光亮度老化：老化：LEDLED发光亮度随着长时间工作而出发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关件老化程度与外加恒流源的大小有关，可可描述为描述为: : B Bt t=B=BO O e e-t/-t/， B Bt t为为t t时间后的亮度，时间后的亮度， B BO O为

10、初始亮度。为初始亮度。通常把亮度降到通常把亮度降到B Bt t=1/2B=1/2BO O所经历的时间所经历的时间t t称为二极管的寿命。测定称为二极管的寿命。测定t t要花很要花很长的时间，通常以推算求得寿命。长的时间，通常以推算求得寿命。 测量方法：给测量方法：给LEDLED通以一定恒流源，点燃通以一定恒流源，点燃10103 3 10104 4 小时后，先后测得小时后，先后测得B BO O ，B Bt t=100010000=100010000，代入代入B Bt t=B=BO O e e-t/-t/求出求出；再把再把B Bt t=1/2B=1/2BO O代入，可求出寿命代入，可求出寿命t t

11、。长期以来总认为长期以来总认为LEDLED寿命为寿命为10106 6小时，这是指单个小时，这是指单个LEDLED在在I IF F=20mA=20mA下。随下。随着功率型着功率型LEDLED开发应用，国外学者认为以开发应用，国外学者认为以LEDLED的光衰减百分比数值作为寿的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如命的依据。如LEDLED的光衰减为原来的光衰减为原来35%35%，寿命，寿命60006000h h。6 6 、 寿命寿命三三. . 热热 学学 特特 性性 LED LED的光学参数与的光学参数与pnpn结结温有很大的关系。结结温有很大的关系。 一般工作在小电流一般工作在小电流I IF F10

12、mA10mA，或者或者1020 1020 mAmA长时间连续点亮长时间连续点亮LEDLED温升不明显。温升不明显。 若环境温度较高，若环境温度较高，LEDLED的主波长或的主波长或p p 就会向长波长漂移，就会向长波长漂移，B BO O也会下降，尤其也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对是点阵、大显示屏的温升对LEDLED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。 LED LED的主波长随温度关系可表示为的主波长随温度关系可表示为pp（ T T）=0 0（T T0 0）+ +T Tg g0.1nm/0.1nm/ 由由上上式可知，式可知， 每当结温升高

13、每当结温升高1010，则波长向长波漂移，则波长向长波漂移1 1nmnm，且发光的均匀性且发光的均匀性、一致性变差。、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LEDLED长期工长期工作。作。LEDLED照明灯具分类照明灯具分类LED照明灯具分类LED照明灯具户外照明景观照明室内照明特种照明户外照明路灯隧道灯投光灯户外照明户外照明- -路灯路灯路灯使用场合路灯使用场合高

14、速公路、城市主干道、高架、立交桥、广场等。高速公路、城市主干道、高架、立交桥、广场等。户外照明-路灯户外照明-隧道灯隧道灯使用场合隧道、收费站、高架桥底户外照明-隧道灯户外照明-投光灯投光灯使用场合投光灯使用场合建筑物、标志物、雕塑、公园、码头、广告牌、体建筑物、标志物、雕塑、公园、码头、广告牌、体育馆等育馆等户外照明-投光灯景观照明景观照明地埋灯草坪灯庭院灯水下灯其他景观照明-地埋灯适用于建筑物立面、雕塑、石像、步行街、广场、适用于建筑物立面、雕塑、石像、步行街、广场、路径指示等。路径指示等。景观照明景观照明- -草坪灯草坪灯适用于，草坪、公园、广场、小区等照明场所景观照明景观照明- -庭院

15、灯庭院灯适用于，小型广场、街区、步行区、等。适用于，小型广场、街区、步行区、等。景观照明-水下灯适用范围，水族馆、水池、喷泉、游泳池适用范围，水族馆、水池、喷泉、游泳池室内照明室内照明日光灯球泡灯射灯面板灯台灯壁灯其他室内照明室内照明- -日光灯日光灯替换光源类，T5、T6、T8、T10、等室内照明室内照明- -球泡灯球泡灯替换光源类替换光源类室内照明-射灯MR16MR16替换类光源替换类光源室内照明室内照明- -面板灯面板灯办公室、教室、商场、超市、展示厅、医院、娱乐场所、餐厅办公室、教室、商场、超市、展示厅、医院、娱乐场所、餐厅等等室内照明室内照明- -台灯台灯台式、落地等室内照明室内照明

16、- -壁灯壁灯墙壁安装特种照明特种照明工矿灯探照灯应急灯汽车灯舞台其他特种照明特种照明- -工矿灯工矿灯工厂、矿山大功率照明特种照明特种照明- -探照灯探照灯勘探、监狱、航海、军工、搜索、消防等勘探、监狱、航海、军工、搜索、消防等特种照明特种照明- -应急灯应急灯备用电池特种照明特种照明- -汽车灯汽车灯刹车灯、前照灯、辅助灯、等等特种照明特种照明- -舞台灯舞台灯舞台、娱乐、场所使用LEDLED的分类的分类1 1、按功率大小分：可分为小功率，大功率、按功率大小分：可分为小功率，大功率 （行业上（行业上一般把一般把1W 1W 以上的灯叫做大功率灯，常用的是以上的灯叫做大功率灯，常用的是1W1W

17、）； 大功率是指发光强度较高的产品，如常见的LED灯管，因为这类的产品的Chip size都比较大，发光效率较高（亮度较高），所以分类为大功率LED，常见封装方式为食人鱼、Emitter、SMD、Lamp等；2、按封装方式分，有插件式和贴片两种：按封装方式分，有插件式和贴片两种： 插件式是指此元件是使用时，PCB基座上需要开孔（钻孔），元件需要穿过PCB板才能作焊接的；这类元件通常都有较长的外接引脚，如常见的Lamp、食人鱼等； 而贴片式是指此元件是使用时，PCB基座上不需要开孔（钻孔），元件直接贴於PCB板就能作焊接的；这类元件通常都没有外接引脚（或呈片状金属电极），如常见的SMT、Emit

18、ter等；3、按胶体形状分：、按胶体形状分：3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等；4、按胶体颜色分按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射等；5、按颜色分：红色（按颜色分：红色（redred）、橙色（）、橙色（orangeorange）、黄）、黄色（色（yellowyellow）、黄绿色（）、黄绿色（green yellowgreen yellow）、绿色）、绿色 （greengreen）、蓝绿色（）、蓝绿色（blue greenblue green）、蓝色（）、蓝色（blue)blue)、紫、紫色（色（pinkpink）、

19、紫外线（）、紫外线（uvuv）、白色（）、白色（whitewhite）、红外）、红外线等等；线等等；6、按发光强度和工作电流分有普通亮度的按发光强度和工作电流分有普通亮度的LEDLED（发（发光强度光强度100mcd100mcd）；把发光强度在）；把发光强度在1010100mcd100mcd间的间的叫高亮度发光二极管。一般叫高亮度发光二极管。一般LEDLED的工作电流在十几的工作电流在十几mAmA至几十至几十mAmA，而低电流，而低电流LEDLED的工作电流在的工作电流在2mA2mA以以下（亮度与普通发光管相同）。下（亮度与普通发光管相同）。7、按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座按发光

20、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环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。8、按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发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。9、按发光强度角分布图来分有高指向性、标准型、按发光强度角分布图来分有高指向性、标准型、散射型：散射型：（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520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

21、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2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。LEDLED照明灯具的设计难点照明灯具的设计难点1.1.散热散热LEDLED的耐热很差是人所共知的的耐热很差是人所共知的，必然会带来灯芯寿命的问题。现有的LED灯的设计往往散热难以达到要求，在一个散热要求非常苛刻的领域，却使用十分低劣的被动散热方式，而且多是风冷，甚至是封闭式的风冷。像一些灯具在驱动板和铝散热片之间要加塑料套管以增加绝缘的可靠性，还需要灌散热硅胶以提高散热能力。而T8的灯管灯管还是封闭的，灯芯只能依靠空气对流传热到灯管背面的铝管上进

22、行散热。一般这类灯的内部温度都会有七八十度。并且要是兼顾散热，重量又是问题；兼顾重量，散热难以保证，这在现有设计中是两难的选择，尚没有可行的标准。LED照明灯具的设计难点2.2.寿命寿命LED灯芯寿命随温度的升高而呈指数降低；电解电容温度每升高十度寿命降低一半；MOS温度升高，内阻增加，损耗增加，温度又会升高(恒流模式)，最终烧毁。当然，国内的厂商没有给出具体LED灯具的寿命，宣传的时候只是提到LED灯芯寿命十万小时，但是LED的寿命瓶颈在系统驱动板，往往LED灯芯没有损坏，系统驱动已经挂掉了。另外 LED的光衰是非常严重的，所以灯具的寿命应该也要考虑视觉感受，就是经过多长时间灯具的亮度降低到

23、视觉上觉得暗的程度，可以认为寿命到了，客户就会考虑更换灯具，这个寿命是厂商都没有给出来(或者没有办法给出)，但这非常重要。再而言之，现有的LED家用照明多数受体积限制，防护方面很难做的很好，在电压波动较大，干扰严重的区域，现有的低功率的设计是一个考验。而最重要的是，LED的寿命和公司的寿命是否成正比，假若宣传10年的LED灯具2年就坏了，而半年前这家公司已经关门大吉，用户是否会去冒这个风险？LED照明灯具的设计难点3.3.重量重量螺旋类接口的灯具中，荧光灯的重量只有螺旋类接口的灯具中，荧光灯的重量只有LEDLED灯具灯具的数分之一，由于没有了散热片的问题，荧光灯的的数分之一，由于没有了散热片的

24、问题，荧光灯的重量对灯座来说可以忽略不计，但是重量对灯座来说可以忽略不计，但是LEDLED的重量对的重量对灯座是一个很严重的考验，尤其是灯座是一个很严重的考验，尤其是7.8W7.8W的螺旋接口的螺旋接口LEDLED灯，其重量是很危险的，这一点又有哪个商家灯，其重量是很危险的，这一点又有哪个商家考虑了？考虑了？LED照明灯具的设计难点4.4.价格价格一般的一般的 LEDLED驱动板在驱动板在7070度的温度下可能寿命度的温度下可能寿命仅仅5 5年年( (家用家用) )，远没有达到，远没有达到LEDLED灯芯灯芯1010年的年的“概念”。所以相对比同等亮度的荧光灯来说，即便荧光灯只有1年的寿命，1W1元的荧光灯要远远比1W10元的LED划算得多。尤其是LED 灯具损坏往往灯芯没坏，却要整个灯更换。算一算因为十分之一的驱动板却要丢弃剩下十分之九的灯(灯芯和散热片占了整个灯具绝大部分的成本)，如果每一个厂商都没有做好回收再利用的话，客户是不会喜欢这样的产品的。LED照明灯具的设计难点5.5.效率效率也许有人会很奇怪，LED是节能产品，为什么要考虑效率的问题？我在这里提到两点，一个是PF值，一个是系统效率。由于现有的 LED设计多数都是低功率的，受成本的压力均采用被动PFC(填谷式)，