LED基本培训教材(me)

LED基本培训教材

许冰

2009-05-23课程简介什么是LED？LED灯源的优势？LED基本术语、概念及解释LED原材料介绍LED应用范围第一讲：什么是LEDLED=LightEmittingDiode(发光二极管)LED灯源的优势节能耗电量少3环保无污染寿命长驱动电压低、开启时间短体积小、色彩丰富耐震性特佳相对冷光源LED灯源的优势节能耗电量少

钨丝灯的光效：8-10Lm/W卤素灯的光效：15-30Lm/W日光灯的光效：40-50Lm/W节能灯的光效：60-70Lm/W

LED灯的光效：85-120Lm/WLED灯源的优势环保无污染整个生产过程中不会产生任何的有毒有害气体或污水

产品中的物质不会对环境造成破坏

节约能源，减少环境污染举例：某城市每月10000度电用于白炽灯照明，如改用同功率LED灯照明，可节约9000度电约32吨标准煤。（根据国家发该委数据标准计算每千瓦时供电所需煤量为360g）LED灯源的优势寿命长钨丝灯的使用周期：1000小时卤素灯的使用周期：3000小时日光灯的使用周期：3000小时节能灯的使用周期：8000小时

LED灯的使用周期：50000小时LED灯源的优势驱动电压低、开启时间短操作安全（低于人体安全电压36V），开启电压为2-3V，低于传统照明产品（110V-220V）。开启时间约为1/10S且抗闪烁能力强。LED灯源的优势体积小、色彩丰富

产品体积小，应用范围广（可应用于小型、超薄型产品，如手机背光、液晶屏背光）

产品颜色种类繁多、色彩丰富（紫、蓝、绿、黄、红等）还可通过混光、配光的方式来达到所需色彩LED灯源的优势耐震性特佳、相对冷光源相对于传统照明产品，LED产品的抗摔、抗震、抗挤压的能力较佳。传统照明产品在点亮时会发出可见光、热量、不可见光

；可见光Led产品在点亮时只发出可见光、热量LED的发光类别LED发光可分为可见光与不可见光两种可见光的范围380nm-760nm不可见光可分为：<380nm的紫外线

>760nm的红外线LED发光颜色的划分LED的基本组成PPA(塑胶)+支架硅胶/環氧樹脂金線晶片銀膠LED的基本组成晶片——发光器件固晶胶——芯片固定&电路导通支架——承载芯片&外接电路金线——电路导通形成回路环氧树脂/硅胶——保护芯片、电路&光学透镜LED的发光原理

在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，在扩散过程中这些电子与空穴复合，复合时得到能量以光和热的形式释放。这就是P-N结的发光原理。LED的发光原理

在纯净的硅晶体中掺入三价元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成P型半导体。在纯净的硅晶体中掺入五价元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成N型半导体。N型半导体P型半导体LED的发光原理

物质总是从高浓度的地方向低浓度的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面，两种载流子的浓度差很大，因而P区的空穴必然向N区扩散，N区的自由电子也必然向P区扩散。LED的发光原理由于扩散运动而造成空穴与自由电子复合，所以在交界面附件多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能运动的称为空间电荷区，从而形成内电场。随着扩散运动的进行空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻止扩散运动的进行。LED芯片的组成元素

发光二极管是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)、AlGalnP(磷化铝镓铟)、GalnN(氮化铟镓)等半导体制成的，其核心是PN结。具有一般的P-N结的I-N特性，即正向导通、反向截止、击穿特性。

波长和禁带宽度的关系：

λ=1240/Eg(Eg可通过多元半导体化合物的组分来调整)LED发光颜色的划分videoscreenGaAsInGaNAlInGaPAlInGaPInGaNInGaNGaAs第二讲：LED术语光通量(Ø)：

发光体每秒种所发出的光量之总和即光通量。单位 流明(lm)符号ØLED术语概念及解释光强(I)：点光源在给定方向上，单位立体角内所发射的光通量。(它描述点光源在某一指定方向上发出光通量的能力大小)

IV定义的要点：

a.测量的是点光源

b.给定测量探头的面积

c.给定测量距离(单位立体角)d.给定方向符号I，单位坎德拉(candela，cd)LED术语概念及解释照度(E)：

发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。照度（E）是光通量与被照射面积之间的比例系数。（1lux即指1Lm的光通量平均分布在面积为lm2平面上的明亮度）

照度(Lux)=落在某面积的光通量/被照面面积

=光强度/(距离*被照面积)

符号E,单位勒克斯（Luminance，Lux）

LED术语概念及解释辉度(L)：一光源或一被照面之辉度指其单位面积在某一方向上的光强度密度，也可以说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。辉度=光强度/所见之被照面积符号L，单位坎德拉每平方米(cd/m2)LED术语概念及解释发光效率(η):代表光源将所消耗的电能转化层光能的效率，以发出的光通量除以光源所消耗的功率来表示，它是衡量光源节能的重要指标。发光效率η=所产生之光通量/消耗电功率符号η，单位流明每瓦(Lm/W)LED术语概念及解释LED术语概念及解释峰值波长(λP)：光谱中最大处的波长LED术语概念及解释色温(CCT)：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。

符号：CCT，单位开尔文(K)LED术语概念及解释黑体：我们这里指的黑体为绝对黑体，当物体的吸收率为1时,则表示该物体能全部吸收投射来的的各种波长的热辐射线，这种物体称为绝对黑体，黑体是对热辐射线吸收能力最强的一种理想化物体，实际物体中没有绝对黑体，一般物体受到辐射时，对辐射能量总是有吸收和反射。LED术语概念及解释色温表明光源色度信息，而不表明光源的温度。光源色温不同，光色也不同，色温在3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在3300-5000K为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000K以上有冷的感觉LED术语概念及解释LED术语概念及解释色温线标准色度坐标图上的黑体轨迹（普朗克轨迹）在温度较低时呈现橙黄色，温度升高逐渐变为白色，温度到万度以上，则呈蓝色，又称色温曲线

。如图所示,这些斜线称为等相关色线，在每一条线上的相关色温都有一样的数值LED术语概念及解释显色性：

光源对物体的显色能力称为显(演)色性，它是通过与同色温或基准光源(白炽灯或日光)下，物体外观颜色的对比，光所发射光谱的内容决定光源的颜色，对颜色的显色性也不相同，相同光色的光源会有相异的光谱组成，同样的光色可由许多、少数甚至仅仅两个单色光波纵使而成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色效果。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时会使颜色产生明显的色差，色差程度越大，光源对该色的显色性越差。平均显色指数Ra为100的光源可以让各种颜色呈现如同被参照光源所照射的颜色。Ra值越低，所呈现的颜色越失真。LED术语概念及解释LED术语概念及解释半功率全角(2θ1/2)：光源发光角度的一半半功率全角(2θ1/2)角度图LED术语概念及解释顺向电流(ForwardCurrent，IF)

表示向LED施加顺方向的电流。顺向电压(ForwardVoltage，VF)

表示能使LED正常驱动的顺向压降。逆向电流(ReverseCurrent，IR)

表示向LED施加逆方向一定的电压后，所测得通过PN结的电流。LED术语概念及解释逆向电压(ReverseVoltage,VR)表示逆方向向LED施加一定得电压,用于测试P/N结抗逆向电压的能力。LED术语概念及解释崩溃电压(BreakdownVoltage)向二极管组件所加的电压为P接负极而N接正极，当所加的电压在某一特定值以下时反向电流很小，而当所加电压值大于特定值时，反向电流会急剧增加，则此特定值就是所谓的崩溃电压。LED的光电性光学规格：光通量(Flux)、发光强度(Iv)、主波长(λd)

峰值波长(λP)、色温(CCT)、显色性(CRI)

半功率全角(2θ1/2)电学规格： 顺向电压(Vf)、顺向电流(If)

崩溃电压(Vr)、逆向电流(Ir)第三讲：原材料介绍成品荧光粉硅胶金线晶片固晶胶支架成品第三讲：原材料介绍晶片介绍支架介绍固晶胶介绍金线介绍荧光粉介绍环氧树脂介绍晶片介绍晶片的组成

芯片的基本结构是由焊垫(电极)、P极、N极、基座及发光层(电子井)组成。晶片介绍晶片的基本结构

焊垫(电极)：一般分为铝垫或金垫

P极、N极：是由Ⅲ-Ⅴ元素化合物组成晶片介绍晶片的基本结构

基底：一般是由Al2O3(蓝宝石)、SiC、Si三种衬底材料的性能比较衬底材料导热系数(W/m*K)膨胀系数(*10E-6)稳定性导热性成本ESD蓝宝石(Al2O3)461.9一般差中一般硅(Si)1505~20良好低好碳化硅(SiC)490-1.4良好高好晶片介绍晶片的基本结构依PN结类型可分为：

P/N结构

N/P结构

依电极结构类型可分为：表面单电极结构（垂直结构）表面双电极结构（水平结构）晶片介绍晶片的磊晶方法

LPE：液相磊晶成長法

VPE：氣相磊晶成長法

MBE：分子束磊晶法

SH:單異質結構

DH:雙異質結構

MOVCD：有機金屬氣相磊晶法磊晶方式特色優點缺點主要應用註LPE

液相磊晶法以熔融膠的液體材料直接和基板接觸而沉澱晶模操作簡單磊晶長成速度快具量產能力磊晶薄度控差磊晶平整度差傳統LEDSH:單異質結構

DH:雙異質結構VPE

氣相磊晶法以氣體或電漿材料傳輸至基板促使晶格表面粒子

凝結(Condensation)

或解離(Desorb)磊晶長成速度快量產能力尚可磊晶薄度平整度控制不易傳統LEDVCSEL垂直腔面發射雷射器

HBT=異質接面雙極性電晶體MOVPE

有機金屬

氣相磊晶法將有機金屬以氣體型式擴散至基板促使晶格表面

粒子凝結磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳成本較高良率低原料取得不易HB-LED

LD

VCSEL

HBTHB=HighBrightness

LD=laserdiode

VCSEL=Vertical-CavitySurface-EmittingLaser

HBT=HeterojunctionbipolartransistorMBE

分子束磊晶法以真空蒸鍍的方式進行磊晶，蒸發的分子以極高

的熱速率，直線前進到磊晶基板之上，以快門阻

隔的方式，控制蒸發分子束，獲得超陡介面磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳量產能力低成本高