LED技术培训（课堂PPT）

1、2011-10-61LED照明基础2011-10-62LED照明基础w内容简介 LED的发展史 LED的现况 LED的特性 LED的应用 和公司LED产品2011-10-63什么是LEDwLED的全称Light 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，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 2011-10-64照明发展史2011-10-65LED的发展史w1907年Henry Joseph Round第一次观察到场致发光现象。w1936年Geor

2、ge Destiau第一场使用场致发光这个术语。w60年代初，试验中，LED需要置放在液化氮中w第一个商业LED仅仅只能发出不可见的红外线，但是迅速应用于感光与光电领域。w60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LEDw70年代中，采用双层磷化稼能够发出黄色光。w70年代末，LED出现绿色光。w90年代中，LED最终出现蓝色光。w90年代末白光的LED开发成功 w目前LED已经可以发出紫外光。w除此以外，LED的光通量也在与日俱增，最新的实验室数据是186lm/W2011-10-66LED发展计划2011-10-67LED发展计划美国LED行业的预测2011-10-68LED

3、发展计划世界各国政府LED发展计划2011-10-69LED优点w高光效 高节能w光源方向性好 w光色多 w安全性高 环保w寿命长 w光源快速响应 w灯具结构合理 w运行成本低 2011-10-610LED优点2011-10-611LED同几种光源的比较名称名称 耗电量耗电量（W W） 工作电压工作电压 （v v） 协调控制协调控制 发热量发热量 可靠性可靠性 使用寿命使用寿命 （h h） 金属卤素灯金属卤素灯 100 100 220 220 不易不易 极高极高 低低 3000 3000 霓虹灯霓虹灯 500 500 较高较高 高高 高高 宜室内宜室内 3000 3000 镁氖灯镁氖灯 16W

4、/m 16W/m 220 220 较好较好 较高较高 较好较好 6000 6000 日光灯日光灯 4-100 4-100 220 220 不易不易 较高较高 低低 5000-8000 5000-8000 冷阴极冷阴极 15W/m 15W/m 需逆变需逆变 较好较好 较低较低 较好较好 10000 10000 钨丝灯钨丝灯 15-200 15-200 220 220 不宜不宜 高高 低低 3000 3000 节能灯节能灯 3-150 3-150 220 220 不宜调光不宜调光 低低 低低 5000 5000 LEDLED灯灯 极低极低 直流直流12-36V 12-36V 多种形式多种形式 极低

5、极低 极高极高 100000100000LED光源在性能方面远远优于其他光源！2011-10-612LED同几种光源的比较2011-10-613LED分类wLED按照发光颜色分类w红光w橙光w绿光w蓝光w白光红光 橙光 绿光 蓝光 统称为色光，主要应用在指示或装饰方面白光又可细分为暖白 中性白 冷白。白光是我们照明行业主要用到的光源。2011-10-6142011-10-615白光LED产生-单芯片wInGaN(蓝)/YAG荧光粉 这是一种目前较为成熟的产品。这些产品采用芯片倒装结构,提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进,可将色均匀性提高10倍。实验证明,电流和温度的增加使LED光谱有

6、些蓝移和红移,但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好 。wInGaN(蓝)/红荧光粉+绿荧光粉 色温可达到3000K-6000K, Ra达到82-87, 。wInGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉 此类白光LED,其Ra大于等于90, 但发光效率还不够理想2011-10-616白光LED产生-单芯片2011-10-617白光LED产生-单芯片2011-10-618白光LED产生-双芯片w双芯片可由蓝 LED+黄LED、蓝LED+黄绿LED以及蓝绿LED+黄LED制成,此种器件成本比较便宜,但由于是两种颜色LED形成的白光,显色性较差,只能在显色性要求不高的场合使用。2011-10-619

7、白光LED产生-多芯片w(蓝色+绿色+红色)LED 这种通过RGB方法合成白光这种方法主要的问题是绿光的转换效率底，所以总体的效率不高。同时三种颜色的LED的正向电压和光输出不同，两外它们的温度特性和光维持特性也不相同，因而对电路的要求也比较高。 2011-10-620白光LED产生-多芯片2011-10-621LED封装2011-10-622LEDLED封装形式封装形式 为满足不同产品的需要，LED的封装形式也出现了多样化，下面简单介绍一下： 2011-10-623LEDLED封装形式封装形式 2011-10-624LED常用词汇总结w1.光通量光通量：发光体每秒钟所发出的光量的总和。单位：

8、流明（Lm），表示发光体发光的多少，发光愈多流明数愈大。 w2.光光 强强I：发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。单位：坎德拉（cd）。 w3.照照 度度E：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。单位：勒克斯（Lux）=流明Lm/面积m2。 w4.亮亮 度度L：发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位：尼脱（mcd）。w5.光光 效效：电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。单位：每瓦流明（Lm/w）。w6.平均寿命平均寿命：指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位：小时（h）。2011-10-625LED常用词汇总结w7.经济寿命经济寿命：在同时考虑

9、灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。室外的光源为70%，室内的光源为80%。w8.色色 温温：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。光源色温不同，光色也不同，色温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在3000k-5000k为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000k以上有冷的感觉。单位：K。w9.显色性显色性：光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳能）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。单位：Ra。 w10.眩光眩光：视野内有亮

10、度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。2011-10-626LED特性wLED的电学特性wLED的光学特性wLED的热特性 2011-10-627LED电特性wLED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性伏安特性。wLED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流正向电流、正向电压、反向电流和反向电压和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。w通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工

11、作电功率。 2011-10-628LED电特性w I-V特性特性是LED芯片性能主要参数。w I-V特性特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压 表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 w（1）正向死区w（2）正向工作区w（3）反向死区 。w（4）反向击穿区正向死区图I-V 特性曲线反向死区击穿区IR IV R0IF工作区V FV2011-10-629LED电特性wC-V特性特性 LED的芯片pn结面积大小不一，使其结电容也不一wC-V特性特性 呈现二次函数关系是电容与电压的关系w最大允许功耗最大允许功耗PF mw响应时间响应时间 是LED点亮与熄灭所延迟的时间。w响应时间响应时间 主要

12、取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。wLED点亮时间指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。wLED 熄灭时间指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。w不同材料制得的LED响应时间响应时间各不相同2011-10-630LED防静电防静电 LED产品在加工生产的过程中要采取防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，进入生产车间人员做人体静电综合测试等，同时要保证生产车间的湿度在65% 左右，以免空气过于干燥产生静电，尤其是绿色LED容易被静电损坏。另外，不同质量档次的L

13、ED抗静电能力也不一样，质量档次高的LED抗静电能力要强一些。据统计，由于操作不当，LED产品有30%被静电损坏。2011-10-631LED光特性w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，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90。当偏离正法向不同角度，光强也随之变化。w发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。w发光强度的角分布是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺，透镜的材料，透镜的曲率，芯片周围的反光杯。2011-10-632LED光特性图2 指向性弱（21/2大）2011-10-6

14、33LED光特性w发光峰值波长及其光谱分布发光峰值波长及其光谱分布w如图w1蓝光InGaN/GaN 发光谱峰p = 460465nmw2 绿光 GaP:N 发光谱峰p = 550nmw3 红光 GaP:Zn-O 发光谱峰p = 680700nmw4 红外GaAs 发光谱峰p = 910nmw5 Si光敏光电管 通常作光电接收用w6 标准钨丝灯人眼感光2011-10-634LED光特性w光通量光通量是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。w光通量光通量为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。w随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）

15、。wLED向外辐射的功率光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。2011-10-635总光通量的测量积分球法w积分球法积分球法使用积分球将使使用积分球将使LED总总通量的测量更加简单。通量的测量更加简单。带有两个入射孔和一个带有两个入射孔和一个于探测器的出射孔于探测器的出射孔 的积分的积分测量可对待测测量可对待测LED的自吸的自吸进行修正。进行修正。2011-10-6362011-10-637LED光特性w发光效率发光效率wLED效率有两种 内部效率内部效率：pn结附近由电能转化成光能的效率。内部效率只用来分析和评价芯片优劣的特性 外部效率外部效率：辐射到外部的效率。w发光效率发光

16、效率：辐射出光能量（发光量）与输入电能之比量子效率 =发射的光子数/pn结载流子数 w流明效率流明效率：LED的光通量/外加耗电功率 w流明效率是评价具有外封装流明效率是评价具有外封装LED特性特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。w理论计算中，最大的流明下来率为628lm/W。同此相比，LED未来的发展前景很广阔。2011-10-638LED光特性几种常见色光的效率对比几种常见色光的效率对比LEDp材料可见光发光效率（lm/w）外量子效率发光颜色（nm）最高值平均值红光700GaP:Zn-O2.41213660GaAlAs0.270.50.36

17、50GaAsP0.380.50.2黄光590GaP:N-N0.450.1绿光555GaP:N4.20.70.0150.15蓝光465GaN10白光谱带GaN+YAG小芯片1.6大芯片182011-10-639LED热学特性wLED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF10mA，或者1020 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或p 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。wLED的主波长随温度关系可表示为p（ T）=0（T0）+Tg0.1nm/由式可知，每当结温升高10，则波长

18、向长波漂移1nm，且发光的均匀性、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、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LED长期工作。2011-10-640LED热学特性wLED测量的环境温度一般为Tamb25oC。 w随着温度的增加，LED波长的中心会发生蓝移或红移w随着温度的增加，LED的光强将会减小2011-10-641LED热学特性2011-10-642LED热学特性2011-10-643LED热学特性2011-10-644LED热学特性LED散热结构散热结构2011-10-645LED应用w照明应用： 2011-10-646LED应用w汽车部分：以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部 ( 第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等 ) ，目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系 列采用高亮度 LED ，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度 LED ，其他各车厂新车，也在陆续采用。2011-10-647LED应用w装饰：可广泛应用在发光立体字；建筑景观外观