LEDLED产品介绍.ppt

1、LED產品介紹,目 錄,LED和LED照明 飛利浦LED照明的發展 LED產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響LED五大關鍵因素 飛利浦LED照明產品,LED和LED照明 飛利浦LED照明的發展 LED產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響LED五大關鍵因素 飛利浦LED照明產品,目 錄,什麼是LED？,LED 發光二極體發光原理,加上正向偏壓,載流子複合,釋放能量,p型半導體(空穴多數),n型半導體(電子多數),空穴與電子複合放出的過剩能量變為光或熱,能帶間隙,可見光,P-n結,空穴流向n型材料 電子流向p型材料,光子,LED 光效的發展,高功率LED:Luxeon卓越的流明保持性

2、,備註：Luxeon在5萬小時後，保持原亮度的70%； 在10萬小時後，保持原亮度的50%；,LED光通量隨時間的變化,傳統 LEDs,LED光通量/單顆(流明),年代,傳統LEDs:在過去的30多年每18至24個月單顆LED的光通量翻一倍 Luxeon: 先進的高功率晶片和封裝技術在外形和性能上有很大的發展,節電和選擇應用照明產品的潛在節電,資料來源: “LED在Niche照明應用中的節能評估報告“ U.S. Department of Energy, November 2003,數千小時年,白熾燈,螢光燈和LED的期望壽命,規格化光輸出,實際資料點,對數曲線圖,42天,注:在70mA,55

3、0C的情況下,對HPWA-MH00 LEDs的壽命測試結果,老化(在恒定電流和溫度下的材質老化),LED 性能與溫度的關係,80,85,90,95,100,0,5,10,15,20,25,30,Years ,可靠性 (%) ,LED,焊接點,電子附件,LEDs: 系統可靠性如交通信號燈,光源尺寸,TL8,TL5,SOX,MHD,Fluorescent,Fluorescent,Low Pressure Sodium,Metal Halide,High Pressure Iodides,High Pressure Sodium,High Pressure Mercury,Induction Flu

4、orecent,Fluorescent,Incandescence,Halogen,Ceramic Discharge,HPI Plus,SON,HPL-N,QL,CFL-I,SDW-T,CDM-R,GLS,Masterline Plus,LED,目 錄,LED和LED照明 飛利浦LED照明的發展 LED產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響LED五大關鍵因素 飛利浦LED照明產品,世界第一的照明供應商- 飛利浦 世界第一的LED供應商 - 惠普 建立合資工廠-2005年飛利浦控股 2001 年 ObstiVision 用於飛行警報的低強度LED障礙物燈。與傳統的障礙物照明系統相比節省高達

5、95%的能量 2002年 飛利浦和HP的合資企業是首家引入光效100 Lm/W ，壽命100，000小時的LED的公司 2005年 飛利浦收購了全球最好的LED生產廠商,LUMILEDS公司 2006年 飛利浦在中國建立了全球首個LED團隊,專業對LED進行研發生產和市場推廣,是什麼?,傳統 LED的性能,局限性: 很高的熱阻 (200 K/W) 環氧樹脂的溫度最高到 T 1200C 環氧樹脂對藍光和紫外線敏感,光通量輸出下降 輸入功率 0.1 W 典型的光輸出為2-3流明,高功率Luxeon LED的性能,有專門的與導電途徑分離的散熱途徑 優良的熱性能允許有高的驅動電流,陰極導線,金線,散熱

6、基片,熱量,ESD 晶片保護裝置,晶片粘結,LED晶片,封膠,塑膠透鏡,光輻射,注: ESD是靜電放電(Electrostatic Discharge)的意思,高功率Luxeon LED的性能,More Light Die Technology Thermal Capability Increased Currents Superior Packaging Lower Thermal Resistance Surface Mount Capability Lower Costs Reduce piece count Reduced thermal needs Common manufactur

7、ing methods Greater Design Flexibility More usable light Simpler thermal design and management Manufacturing options RoHS Compliant JEDEC 2A,什麼是晶片選用(Binning)?,定義: 晶片製造的外延上可以分成許多具有共同操作特性的微元區(Bin),則Bin可用三個參數來區分,其參數為顏色,光輸出和正向電壓.所以要完成一粒LED光源,需要100%的檢測,檢測三個指標(功能性;顏色,光輸出,正向電壓;每粒表示Bin),顏色,光通量,正向電壓 Vf,所有分區,

8、波長在 2.5-20nm寬度的分區(Bin),Vf正向電壓在 0.20-0.50mv範圍的分區(Bin),光通量在 30%範圍的分區(Bin),5mm LED的晶片製作,在3英寸的外延片上,可以製造出大約3萬粒左右的5mm LED的芯,但在3英寸的外延片上製作的芯粒是可以分成很多BIN的.像 色部分的芯粒是整塊外延片上比較好的芯粒,越往外芯粒越不穩定,最外面的邊緣地帶的芯粒,是整個外延片上品質最差的.所以實際上一塊LED外延片上的LED芯粒的VF值、波長和光亮度都是不一樣的,因此可以分成很多的BIN.,3英寸,LED晶片的來源,LED的散熱,由於LED的光譜中不包含紅外部分,因此LED的熱量不

9、能靠輻射散出,因此稱LED是“冷”光源。 但目前LED的發光效率僅能達到10%-20%,也就是說,還有80%-90%的能量轉換成了熱能,如果LED晶片的熱量不能散出去,會加速晶片的老化,還可能導致焊錫的融化,使晶片失效.因此為了保證LED的壽命,散熱成了大功率LED應用的一個關鍵因素.,高功率Luxeon LED的性能,World leader in phosphor converted white LEDs Patented conformal phosphor coating gives highest CCT stability over all viewing angles,Large

10、 color shift at edges.,Blue tintsindicating thinphosphor layer,Luxeon,Competition,High quality white light due to even phosphor coating,從LED封裝結構比較其散熱(2),無論是 5mm 還是 SuperFlux 都包含熱和電的路徑; SuperFlux 增加了熱傳導,它有兩個陰極管腳, 而且是用更厚的銅做成. Luxeon 的封裝包括了一個專門的熱傳路徑.,溫度對LED的影響(1),溫度升高會降低LED的光輸出, 因此燈具設計時須考慮其散熱, 最好外殼不超過5

11、0oC. 下圖溫度是結溫(Tj) 而非燈具溫度, 燈具表面溫度與結溫關係視散熱及結構設計而定, 一般最少有10oC的差異.,10 Hrs/day 4000 Hrs/year 20K Hrs in 5 years,LED燈具壽命(1),LED壽命方面,雖然單顆LED號稱其壽命長達10萬小時,但其應用時必須搭配電源轉換電路,故LED照明器具整體壽命便必須就光電整合應用加以考量;以現今電力電子轉換及材料技術而言,LED照明器具整體壽命大約在2萬小時左右.,LED燈具壽命(2),LED壽命方面,雖然單顆LED號稱其壽命長達10萬小時,但其應用時必須搭配電源轉換電路,故LED照明器具整體壽命便必須就光電

12、整合應用加以考量;以現今電力電子轉換及材料技術而言,LED照明器具整體壽命大約在2萬小時左右.,估算值,LED的驅動線路(1),LED的驅動線路設計對其性能幾壽命影響機大, 通常建議的設計包含下列限制: 定電流線路能提供較佳的光輸出/顏色一致性, 並減少LED失效機會. 避免同一驅動器使用並聯LED回路.,高功率Luxeon LED的性能,Enables higher drive current operation without extensive thermal design Reduces the complexity and cost of the heat sink Allows n

13、ever before possible designs e.g: No Heat Sink More usable light, lower cost per lumen, lumen mm2= Luxeon K2,什麼是LED照明？,LED照明是多個專業應用領域的整合： 半導體、光學、熱能、電子、結構、系統集成、電腦軟體、傳統照明設計,LED市場,重視亮度,重視照度,靜態照明,動態照明 (調光和RGB),目 錄,LED和LED照明 飛利浦LED照明的發展 LED產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響LED五大關鍵因素 飛利浦LED照明產品,PIHILIPS產品優勢 PHILIPS擁有世

14、界上最好的LED產品之一LUMILEDS公司95%的股份,在LED產品的品質控制上以及在LED的bin的選擇上有著非常大的空間 PIHILIPS提供整套的控制系統,和完善的解決方案,幫助客戶解決LED系統工程所有問題 PIHILIPS悠久的傳統照明優勢,與新興的LED照明概念相結合,全方位的為客戶打造整體照明方案. PHILIPS在世界照明領域中在產品結構上始終保持著領先地位,決定了 PHILIPS在LED產品的堅實的技術基礎 PIHILIPS的良好品牌形象,要求PHILIPS在任何產品上的服務和保障始終做的最好,LED產品的特徵 (一),超長壽命(50000至100000小時),低維護成本

15、節能,比白熾燈和鹵素燈光效高許多 特別緊湊的尺寸,設計靈活性高 優異的光學控制性能,能使系統效率達到最大狀態 顏色飽和度大,無需濾色片校正 顏色和色溫容易控制 無紫外線和紅外線 全範圍不間斷的亮度調節成為可能,同時顏色不會偏移 固體照明無需支援光源的設備,抗振動,LED產品的特徵 (二),快速開關,開關次數在1,000,000,000次以上 無汞,綠色環保 冷起動性能(-400C) 安全,低壓直流驅動 啟動時間短、結構牢固 發光體接近點光源（有利於LED的燈具設計）、薄型燈具、燈具材料選擇範圍大 不需要加發射器,LED體積小在工程上的靈活應用 LED的色彩控制情景表達 LED顏色飽和度大的渲染

16、力 LED的圖像表達能力和資訊傳遞 LED燈具構造的點線面的靈活應用 LED光束角的靈活應用 LED的低電壓的靈活應用,LED作為新的光源，有它自身的發光機理與特點。在光學設計中充分利用LED的優勢，將會在照明設計中書寫新的篇章。 A-直接光源 LED利用可以形成點發光、線發光和麵發光的發光形式。點發光的燈具可以是通透，也可以是無表面，甚至可以表面亮度不需要很高，光對於環境往往起到定向的作用。線發光的LED用於輪廓照明的情況較多，也可以用於線條狀面的發光，產品需要系列化，根據建築物的形態及環境亮度，需要有不同管徑大小和不同表面亮度的產品。面發光的LED是將模組化的LED拼裝，形成發光的表面。可

17、以形成圖案，也可以混色，通常用於塊面裝飾照明，如樓宇、牆壁、地面、舞臺等。 B- 間接光源 光通過介質的反射、折射、透射等來實現照明設計要求，充分利用LED的體積小、可塑性強，靈活的利用LED的特點來表達設計主題，通常應用在廣告招牌、工藝品展示、氣氛的渲染等,C-投射光源 隨著大功率LED的發展，LED泛光照明離生活越來越近，投射光源的使用將得到更大的空間，光照圖式可以是扇形的，也可以是平行光束，可以是彩色的，也可以是單色的。這是LED投射燈具完全可以做到的。扇形的光束用於照射垂直的柱面或窗間牆面，而平行的光束可以照射連續的牆面，形成漫射光照明。 D動態變化 RGB技術，對圖案、顏色、光強和時

18、間的控制、使得LED的顏色理論上可以實現無數種。LED發光的光強與色彩產生預先程式設計的動態變化，展示了光的運動，這主要依賴於數位控制技術相結合的方式。照明設計和建築師已經認識到LED強大的可變化效果，尤其在控制和美化方面，他們對LED的應用也加速了LED的發展速度。採用為LED全彩燈具設計的控制器，通過電腦編程，可以控制燈具同步或非同步進行色彩變化和快速色彩動作變化。,室內裝飾照明 適合 間接光源 和投射光源如: 飯店、餐館、商場、店鋪設計、舞臺照明等。 室外景觀照明適合範圍比較廣泛: 適合直接光源、間接光源 、投射光源和動態變化如: 建築立面、景觀、環境、高架道路、橋樑、體育場、 機場、醫

19、院、古建築、水景等。,目 錄,LED和LED照明 飛利浦LED照明的發展 LED產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響LED六大關鍵因素 飛利浦LED照明產品,LED產品的局限性,效率: 是螢光燈光效的30%, 要達到150lm/W以上還要提高5倍的光效,綠色的 光效提高是最關鍵的 成本: 要和已經存在的技術比較最初成本每流明需降低100倍美金 散熱: 散熱處理要求有新的設備途徑 晶片選用: 顏色點的控制和一致性的提高 低電壓設備 非規範類產品,影響LED六大因素,LED晶片的來源 LED的散熱 LED的光衰 LED 的靜電防護 LED的防水 LED的驅動控制,LED的散熱,Normal,

20、Normal,LED發光是靠電子在能帶間躍遷產生光，其光譜中不包含紅外部分，LED的熱量不能靠輻射散出，因此LED是“冷”光源。 目前LED的發光效率僅能達到10%-20%，也就是說，還有80%-90%的能量轉換成了熱能，如果LED晶片的熱量不能散出去，會加速晶片的老化，還可能導致焊錫的融化，使晶片失效。因此為了保證LED的壽命，散熱成了大功率LED應用的一個關鍵因素。,LED的散熱,改進LED的封裝結構，使熱量更容易散出來。 一. 用倒裝焊的結構，利用矽片來散熱 二. 用極薄的導熱膠將GaN晶片粘在方型的鋁熱沉上，與5mm的LED僅靠碗狀模具散熱相比，更有利於熱 量的傳輸。 三. 使用中將封

21、裝好的LED固定在合適的散熱板上。,LED的散熱,Luxeon LED 橫截面視圖,LED封裝結構比較,陰極導線,金線,散熱基片,熱量,ESD 晶片保護裝置,晶片粘結,LED晶片,封膠,塑膠透鏡,光輻射,LED的散熱,優越的流明維持係數,LED的光衰,優越的流明維持係數,LED的光衰,LED的防靜電,材料之間發生磨擦與分離會產生靜電；物體表面的原子與電子發生轉移或轉換會產生靜電。適合30000伏電壓的靜電電荷是很尋常的，而且很容易產生。相比之下，僅僅是10伏的放電也可能摧毀一個敏感裝置。 LED是對靜電敏感的設備，尤其是綠色LED相對而言更容易被靜電損壞。如果LED被靜電擊穿後，暗淡、模糊、熄

22、滅 等現象。相對其他光源來說，靜電對LED產生的破壞非常嚴重，很快就會不同品質檔次的LED抗靜電能力也不一樣，品質檔次高的LED抗靜電能力要強一些 LED產品在加工生產、運輸、安裝的過程中要採用一定的防靜電措施，如：工作臺要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風機，同時也要保證車間的濕度在65%左右，以免空氣過於乾燥產生靜電。運輸時的車隊、箱子或其他設備。,LED的防水,原則上電器如果進水，都會造成電路上的短路，造成電器的損壞。LED也是如此，所以我們在LED燈具的結構上,接線上,以及LED的驅動上儘量做到防水工作。 一、 燈具採用灌膠和防水LE

23、D模組 二、 接線端頭採用防水接頭或採用密封防護 三、 採用防水DRIVER 四、在非浸泡的情況下，預留通風，排氣孔，保持水汽的及時揮發。 在燈具內採用品能獨特的防水灌膠技術，並配合使用防水LED模組、接線保護和防水DRIVER，達到三重防水的效果，確保LED的使用壽命。,LED的驅動及控制系統,影響LED專案的除了單溫度,防水外, 電壓、電流對於整個工程也非常重要。由於LED的特性所致，微小到幾毫安培的電流波動也會對LED的壽命與光衰產生極大的影響。 當外界環境溫度升高後，LED光源內阻會減小，若使用穩壓電源供電會造成LED工作電流升高，當超過其額定工作電流後，會影響LED產品的使用壽命，嚴重的將使LED光