LED基本培訓教材(me)

LED基本培訓教材

許冰

2009-05-23課程簡介什么是LED？LED燈源的優(yōu)勢？LED基本術(shù)語、概念及解釋LED原材料介紹LED應(yīng)用范圍第一講：什么是LEDLED=LightEmittingDiode(發(fā)光二極管)LED燈源的優(yōu)勢節(jié)能耗電量少3環(huán)保無污染壽命長驅(qū)動電壓低、開啟時間短體積小、色彩豐富耐震性特佳相對冷光源LED燈源的優(yōu)勢節(jié)能耗電量少

鎢絲燈的光效：8-10Lm/W鹵素燈的光效：15-30Lm/W日光燈的光效：40-50Lm/W節(jié)能燈的光效：60-70Lm/W

LED燈的光效：85-120Lm/WLED燈源的優(yōu)勢環(huán)保無污染整個生產(chǎn)過程中不會產(chǎn)生任何的有毒有害氣體或污水

產(chǎn)品中的物質(zhì)不會對環(huán)境造成破壞

節(jié)約能源，減少環(huán)境污染舉例：某城市每月10000度電用于白熾燈照明，如改用同功率LED燈照明，可節(jié)約9000度電約32噸標準煤。（根據(jù)國家發(fā)該委數(shù)據(jù)標準計算每千瓦時供電所需煤量為360g）LED燈源的優(yōu)勢壽命長鎢絲燈的使用周期：1000小時鹵素燈的使用周期：3000小時日光燈的使用周期：3000小時節(jié)能燈的使用周期：8000小時

LED燈的使用周期：50000小時LED燈源的優(yōu)勢驅(qū)動電壓低、開啟時間短操作安全（低于人體安全電壓36V），開啟電壓為2-3V，低于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品（110V-220V）。開啟時間約為1/10S且抗閃爍能力強。LED燈源的優(yōu)勢體積小、色彩豐富

產(chǎn)品體積小，應(yīng)用范圍廣（可應(yīng)用于小型、超薄型產(chǎn)品，如手機背光、液晶屏背光）

產(chǎn)品顏色種類繁多、色彩豐富（紫、藍、綠、黃、紅等）還可通過混光、配光的方式來達到所需色彩LED燈源的優(yōu)勢耐震性特佳、相對冷光源相對于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，LED產(chǎn)品的抗摔、抗震、抗擠壓的能力較佳。傳統(tǒng)照明產(chǎn)品在點亮時會發(fā)出可見光、熱量、不可見光

；可見光Led產(chǎn)品在點亮時只發(fā)出可見光、熱量LED的發(fā)光類別LED發(fā)光可分為可見光與不可見光兩種可見光的范圍380nm-760nm不可見光可分為：<380nm的紫外線

>760nm的紅外線LED發(fā)光顏色的劃分LED的基本組成PPA(塑膠)+支架硅膠/環(huán)氧樹脂金線晶片銀膠LED的基本組成晶片——發(fā)光器件固晶膠——芯片固定&電路導通支架——承載芯片&外接電路金線——電路導通形成回路環(huán)氧樹脂/硅膠——保護芯片、電路&光學透鏡LED的發(fā)光原理

在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，在擴散過程中這些電子與空穴復合，復合時得到能量以光和熱的形式釋放。這就是P-N結(jié)的發(fā)光原理。LED的發(fā)光原理

在純凈的硅晶體中摻入三價元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成P型半導體。在純凈的硅晶體中摻入五價元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成N型半導體。N型半導體P型半導體LED的發(fā)光原理

物質(zhì)總是從高濃度的地方向低濃度的地方運動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。當把P型半導體和N型半導體制作在一起時，在它們的交界面，兩種載流子的濃度差很大，因而P區(qū)的空穴必然向N區(qū)擴散，N區(qū)的自由電子也必然向P區(qū)擴散。LED的發(fā)光原理由于擴散運動而造成空穴與自由電子復合，所以在交界面附件多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能運動的稱為空間電荷區(qū)，從而形成內(nèi)電場。隨著擴散運動的進行空間電荷加寬，內(nèi)電場增強，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，正好阻止擴散運動的進行。LED芯片的組成元素

發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)、AlGalnP(磷化鋁鎵銦)、GalnN(氮化銦鎵)等半導體制成的，其核心是PN結(jié)。具有一般的P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ā⒎聪蚪刂?、擊穿特性?/p>

波長和禁帶寬度的關(guān)系：

λ=1240/Eg(Eg可通過多元半導體化合物的組分來調(diào)整)LED發(fā)光顏色的劃分videoscreenGaAsInGaNAlInGaPAlInGaPInGaNInGaNGaAs第二講：LED術(shù)語光通量(?)：

發(fā)光體每秒種所發(fā)出的光量之總和即光通量。單位 流明(lm)符號?LED術(shù)語概念及解釋光強(I)：點光源在給定方向上，單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。(它描述點光源在某一指定方向上發(fā)出光通量的能力大小)

IV定義的要點：

a.測量的是點光源

b.給定測量探頭的面積

c.給定測量距離(單位立體角)d.給定方向符號I，單位坎德拉(candela，cd)LED術(shù)語概念及解釋照度(E)：

發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量。照度（E）是光通量與被照射面積之間的比例系數(shù)。（1lux即指1Lm的光通量平均分布在面積為lm2平面上的明亮度）

照度(Lux)=落在某面積的光通量/被照面面積

=光強度/(距離*被照面積)

符號E,單位勒克斯（Luminance，Lux）

LED術(shù)語概念及解釋輝度(L)：一光源或一被照面之輝度指其單位面積在某一方向上的光強度密度，也可以說是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。輝度=光強度/所見之被照面積符號L，單位坎德拉每平方米(cd/m2)LED術(shù)語概念及解釋發(fā)光效率(η):代表光源將所消耗的電能轉(zhuǎn)化層光能的效率，以發(fā)出的光通量除以光源所消耗的功率來表示，它是衡量光源節(jié)能的重要指標。發(fā)光效率η=所產(chǎn)生之光通量/消耗電功率符號η，單位流明每瓦(Lm/W)LED術(shù)語概念及解釋LED術(shù)語概念及解釋峰值波長(λP)：光譜中最大處的波長LED術(shù)語概念及解釋色溫(CCT)：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。

符號：CCT，單位開爾文(K)LED術(shù)語概念及解釋黑體：我們這里指的黑體為絕對黑體，當物體的吸收率為1時,則表示該物體能全部吸收投射來的的各種波長的熱輻射線，這種物體稱為絕對黑體，黑體是對熱輻射線吸收能力最強的一種理想化物體，實際物體中沒有絕對黑體，一般物體受到輻射時，對輻射能量總是有吸收和反射。LED術(shù)語概念及解釋色溫表明光源色度信息，而不表明光源的溫度。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3300K以下有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺；色溫在3300-5000K為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000K以上有冷的感覺LED術(shù)語概念及解釋LED術(shù)語概念及解釋色溫線標準色度坐標圖上的黑體軌跡（普朗克軌跡）在溫度較低時呈現(xiàn)橙黃色，溫度升高逐漸變?yōu)榘咨瑴囟鹊饺f度以上，則呈藍色，又稱色溫曲線

。如圖所示,這些斜線稱為等相關(guān)色線，在每一條線上的相關(guān)色溫都有一樣的數(shù)值LED術(shù)語概念及解釋顯色性：

光源對物體的顯色能力稱為顯(演)色性，它是通過與同色溫或基準光源(白熾燈或日光)下，物體外觀顏色的對比，光所發(fā)射光譜的內(nèi)容決定光源的顏色，對顏色的顯色性也不相同，相同光色的光源會有相異的光譜組成，同樣的光色可由許多、少數(shù)甚至僅僅兩個單色光波縱使而成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色效果。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時會使顏色產(chǎn)生明顯的色差，色差程度越大，光源對該色的顯色性越差。平均顯色指數(shù)Ra為100的光源可以讓各種顏色呈現(xiàn)如同被參照光源所照射的顏色。Ra值越低，所呈現(xiàn)的顏色越失真。LED術(shù)語概念及解釋LED術(shù)語概念及解釋半功率全角(2θ1/2)：光源發(fā)光角度的一半半功率全角(2θ1/2)角度圖LED術(shù)語概念及解釋順向電流(ForwardCurrent，IF)

表示向LED施加順方向的電流。順向電壓(ForwardVoltage，VF)

表示能使LED正常驅(qū)動的順向壓降。逆向電流(ReverseCurrent，IR)

表示向LED施加逆方向一定的電壓后，所測得通過PN結(jié)的電流。LED術(shù)語概念及解釋逆向電壓(ReverseVoltage,VR)表示逆方向向LED施加一定得電壓,用于測試P/N結(jié)抗逆向電壓的能力。LED術(shù)語概念及解釋崩潰電壓(BreakdownVoltage)向二極管組件所加的電壓為P接負極而N接正極，當所加的電壓在某一特定值以下時反向電流很小，而當所加電壓值大于特定值時，反向電流會急劇增加，則此特定值就是所謂的崩潰電壓。LED的光電性光學規(guī)格：光通量(Flux)、發(fā)光強度(Iv)、主波長(λd)

峰值波長(λP)、色溫(CCT)、顯色性(CRI)

半功率全角(2θ1/2)電學規(guī)格： 順向電壓(Vf)、順向電流(If)

崩潰電壓(Vr)、逆向電流(Ir)第三講：原材料介紹成品熒光粉硅膠金線晶片固晶膠支架成品第三講：原材料介紹晶片介紹支架介紹固晶膠介紹金線介紹熒光粉介紹環(huán)氧樹脂介紹晶片介紹晶片的組成

芯片的基本結(jié)構(gòu)是由焊墊(電極)、P極、N極、基座及發(fā)光層(電子井)組成。晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)

焊墊(電極)：一般分為鋁墊或金墊

P極、N極：是由Ⅲ-Ⅴ元素化合物組成晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)

基底：一般是由Al2O3(藍寶石)、SiC、Si三種襯底材料的性能比較襯底材料導熱系數(shù)(W/m*K)膨脹系數(shù)(*10E-6)穩(wěn)定性導熱性成本ESD藍寶石(Al2O3)461.9一般差中一般硅(Si)1505~20良好低好碳化硅(SiC)490-1.4良好高好晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)依PN結(jié)類型可分為：

P/N結(jié)構(gòu)

N/P結(jié)構(gòu)

依電極結(jié)構(gòu)類型可分為：表面單電極結(jié)構(gòu)（垂直結(jié)構(gòu)）表面雙電極結(jié)構(gòu)（水平結(jié)構(gòu)）晶片介紹晶片的磊晶方法

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(zhì)結(jié)構(gòu)

DH:雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)

MOVCD：有機金屬氣相磊晶法磊晶方式特色優(yōu)點缺點主要應(yīng)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(chǎn)能力磊晶薄度控差磊晶平整度差傳統(tǒng)LEDSH:單異質(zhì)結(jié)構(gòu)

DH:雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)(Condensation)

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

HBT=異質(zhì)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(jié)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(fā)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(fā)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(chǎn)能力低成本高