LED技術(shù)培訓(xùn)課件

LED照明基礎(chǔ)2011-10-61LED照明基礎(chǔ)內(nèi)容簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED的發(fā)展史LED的現(xiàn)況LED的特性LED的應(yīng)用和公司LED產(chǎn)品2011-10-62什么是LEDLED的全稱LightEmittingDiode,即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。2011-10-63LED的發(fā)展史1907年HenryJosephRound第一次觀察到場(chǎng)致發(fā)光現(xiàn)象。1936年GeorgeDestiau第一場(chǎng)使用場(chǎng)致發(fā)光這個(gè)術(shù)語(yǔ)。60年代初，試驗(yàn)中，LED需要置放在液化氮中第一個(gè)商業(yè)LED僅僅只能發(fā)出不可見(jiàn)的紅外線，但是迅速應(yīng)用于感光與光電領(lǐng)域。60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見(jiàn)的紅光LED70年代中，采用雙層磷化稼能夠發(fā)出黃色光。70年代末，LED出現(xiàn)綠色光。90年代中，LED最終出現(xiàn)藍(lán)色光。90年代末白光的LED開(kāi)發(fā)成功目前LED已經(jīng)可以發(fā)出紫外光。除此以外，LED的光通量也在與日俱增，最新的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是186lm/W2011-10-65LED發(fā)展計(jì)劃2011-10-66LED發(fā)展計(jì)劃美國(guó)LED行業(yè)的預(yù)測(cè)2011-10-67LED優(yōu)點(diǎn)高光效高節(jié)能光源方向性好光色多安全性高環(huán)保壽命長(zhǎng)光源快速響應(yīng)燈具結(jié)構(gòu)合理運(yùn)行成本低

2011-10-69LED優(yōu)點(diǎn)2011-10-610LED同幾種光源的比較名稱

耗電量（W）工作電壓

（v）協(xié)調(diào)控制

發(fā)熱量

可靠性

使用壽命

（h）金屬鹵素?zé)?/p>

100220不易

極高

低

3000霓虹燈

500較高

高

高

宜室內(nèi)

3000鎂氖燈

16W/m220較好

較高

較好

6000日光燈

4-100220不易

較高

低

5000-8000冷陰極

15W/m需逆變

較好

較低

較好

10000鎢絲燈

15-200220不宜

高

低

3000節(jié)能燈

3-150220不宜調(diào)光

低

低

5000LED燈極低

直流12-36V

多種形式

極低

極高

100000LED光源在性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光源?。?！2011-10-611LED分類LED按照發(fā)光顏色分類紅光橙光綠光藍(lán)光白光紅光橙光綠光藍(lán)光統(tǒng)稱為色光，主要應(yīng)用在指示或裝飾方面白光又可細(xì)分為暖白中性白冷白。白光是我們照明行業(yè)主要用到的光源。2011-10-6132011-10-614白光LED產(chǎn)生----單芯片InGaN(藍(lán))/YAG熒光粉

這是一種目前較為成熟的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用芯片倒裝結(jié)構(gòu),提高發(fā)光效率和散熱效果。熒光粉涂覆工藝的改進(jìn),可將色均勻性提高10倍。實(shí)驗(yàn)證明,電流和溫度的增加使LED光譜有些藍(lán)移和紅移,但對(duì)熒光光譜影響并不大。壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果也較好。InGaN(藍(lán))/紅熒光粉+綠熒光粉色溫可達(dá)到3000K-6000K,Ra達(dá)到82-87,。InGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))熒光粉此類白光LED,其Ra大于等于90,但發(fā)光效率還不夠理想2011-10-615白光LED產(chǎn)生----單芯片2011-10-617白光LED產(chǎn)生----雙芯片雙芯片可由藍(lán)LED+黃LED、藍(lán)LED+黃綠LED以及藍(lán)綠LED+黃LED制成,此種器件成本比較便宜,但由于是兩種顏色LED形成的白光,顯色性較差,只能在顯色性要求不高的場(chǎng)合使用。

2011-10-618白光LED產(chǎn)生----多芯片(藍(lán)色+綠色+紅色)LED這種通過(guò)RGB方法合成白光這種方法主要的問(wèn)題是綠光的轉(zhuǎn)換效率底，所以總體的效率不高。同時(shí)三種顏色的LED的正向電壓和光輸出不同，兩外它們的溫度特性和光維持特性也不相同，因而對(duì)電路的要求也比較高。2011-10-619LED封裝2011-10-621LED封裝形式為滿足不同產(chǎn)品的需要，LED的封裝形式也出現(xiàn)了多樣化，下面簡(jiǎn)單介紹一下：

2011-10-622LED封裝形式

2011-10-623LED常用詞匯總結(jié)7.經(jīng)濟(jì)壽命：在同時(shí)考慮燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時(shí)數(shù)。室外的光源為70%，室內(nèi)的光源為80%。8.色溫：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(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000k以下有溫暖的感覺(jué)，達(dá)到穩(wěn)重的氣氛；色溫在3000k-5000k為中間色溫，有爽快的感覺(jué)；色溫在5000k以上有冷的感覺(jué)。單位：K。9.顯色性：光源的顯色性是由顯色指數(shù)來(lái)表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽(yáng)能）照明時(shí)顏色的偏離能較全面反映光源的顏色特性。要正確表現(xiàn)物體本來(lái)的顏色需使用顯色指數(shù)高的光源。單位：Ra。10.眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，則可以造成視覺(jué)不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。2011-10-625LED特性LED的電學(xué)特性LED的光學(xué)特性LED的熱特性

2011-10-626LED電特性LED是一個(gè)由半導(dǎo)體無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動(dòng)下才能正常工作。通過(guò)LED電特性的測(cè)試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測(cè)定LED的最佳工作電功率。

2011-10-627LED電特性C-V特性LED的芯片pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容也不一C-V特性呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系是電容與電壓的關(guān)系最大允許功耗PFm響應(yīng)時(shí)間是LED點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。LED點(diǎn)亮?xí)r間——指接通電源使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10%開(kāi)始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90%所經(jīng)歷的時(shí)間。LED熄滅時(shí)間——指正常發(fā)光減弱至原來(lái)的10%所經(jīng)歷的時(shí)間。不同材料制得的LED響應(yīng)時(shí)間各不相同2011-10-629LED防靜電

LED產(chǎn)品在加工生產(chǎn)的過(guò)程中要采取防靜電措施，如：工作臺(tái)要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環(huán)，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風(fēng)機(jī)，進(jìn)入生產(chǎn)車間人員做人體靜電綜合測(cè)試等，同時(shí)要保證生產(chǎn)車間的濕度在65%左右，以免空氣過(guò)于干燥產(chǎn)生靜電，尤其是綠色LED容易被靜電損壞。另外，不同質(zhì)量檔次的LED抗靜電能力也不一樣，質(zhì)量檔次高的LED抗靜電能力要強(qiáng)一些。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于操作不當(dāng)，LED產(chǎn)品有30%被靜電損壞。2011-10-630LED光特性發(fā)光強(qiáng)度是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90°。當(dāng)偏離正法向不同θ角度，光強(qiáng)也隨之變化。發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。發(fā)光強(qiáng)度的角分布θ是描述LED發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。它主要取決于封裝的工藝，透鏡的材料，透鏡的曲率，芯片周圍的反光杯。2011-10-631LED光特性2011-10-632LED光特性發(fā)光峰值波長(zhǎng)及其光譜分布如圖1藍(lán)光InGaN/GaN發(fā)光譜峰λp=460～465nm2綠光GaP:N發(fā)光譜峰λp=550nm3紅光GaP:Zn-O發(fā)光譜峰λp=680～700nm4紅外GaAs發(fā)光譜峰λp=910nm5Si光敏光電管通常作光電接收用6標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈2011-10-633LED光特性光通量是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。光通量為L(zhǎng)ED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。可見(jiàn)光LED的光通量單位為流明（lm）。LED向外輻射的功率——光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。2011-10-634總光通量的測(cè)量——積分球法積分球法使用積分球?qū)⑹筁ED總通量的測(cè)量更加簡(jiǎn)單。帶有兩個(gè)入射孔和一個(gè)于探測(cè)器的出射孔的積分測(cè)量可對(duì)待測(cè)LED的自吸進(jìn)行修正。2011-10-6352011-10-636LED光特性發(fā)光效率LED效率有兩種

內(nèi)部效率：pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率。內(nèi)部效率只用來(lái)分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性

外部效率：輻射到外部的效率。發(fā)光效率：輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比量子效率η=發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù)流明效率：LED的光通量/外加耗電功率流明效率是評(píng)價(jià)具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見(jiàn)光的能量較大，故也叫可見(jiàn)光發(fā)光效率。理論計(jì)算中，最大的流明下來(lái)率為628lm/W。同此相比，LED未來(lái)的發(fā)展前景很廣闊。2011-10-637LED光特性幾種常見(jiàn)色光的效率對(duì)比LEDλp材料可見(jiàn)光發(fā)光效率（lm/w）外量子效率發(fā)光顏色（nm）最高值平均值紅光700GaP:Zn-O2.4121~3660GaAlAs0.270.50.3650GaAsP0.380.50.2黃光590GaP:N-N0.450.1

綠光555GaP:N4.20.70.015~0.15藍(lán)光465GaN

10

白光譜帶GaN+YAG小芯片1.6

大芯片182011-10-638LED熱學(xué)特性LED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF＜10mA，或者10~20mA長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長(zhǎng)或λp就會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移，BO也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。LED的主波長(zhǎng)隨溫度關(guān)系可表示為λp（T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃由式可知，每當(dāng)結(jié)溫升高10℃，則波長(zhǎng)向長(zhǎng)波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對(duì)于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保LED長(zhǎng)期工作。2011-10-639LED熱學(xué)特性LED測(cè)量的環(huán)境溫度一般為Tamb＝25oC。隨著溫度的增加，LED波長(zhǎng)的中心會(huì)發(fā)生藍(lán)移或紅移隨著溫度的增加，LED的光強(qiáng)將會(huì)減小2011-10-640LED熱學(xué)特性2011-10-641LED熱學(xué)特性2011-10-642LED熱學(xué)特性2011-10-643LED熱學(xué)特性LED散熱結(jié)構(gòu)2011-10-644LED應(yīng)用照明應(yīng)用：

2011-10-645LED應(yīng)用汽車部分：以汽車內(nèi)裝使用包括了儀表板、音箱等指示燈，及汽車外部(第三剎車燈、左右尾燈、方向燈等)，目前歐洲系列車種包括奧迪、寶馬、福斯等品牌全系列采用高亮度LED，而車廠中，豐田汽車也率先將儀表板的背光板換成高亮度LED，其他各車廠新車，也在陸續(xù)采用。2011-10-646LED應(yīng)用裝飾：可廣泛應(yīng)用在發(fā)光立體字；建筑景觀外觀發(fā)光體；高架、高樓、公路、橋梁、地標(biāo)、標(biāo)志建筑發(fā)光源；廣告立體字、標(biāo)志、標(biāo)識(shí)、指示光源；商業(yè)空間、機(jī)場(chǎng)、建筑工程、地鐵、醫(yī)院、飯店、白貨商場(chǎng)、廣場(chǎng)、餐館、PUB設(shè)計(jì)燈光；汽車、運(yùn)輸、輪船、宣傳指示警示光源；電腦、手機(jī)、通信、滑鼠、信號(hào)傳輸應(yīng)用光源2011-10-647LED應(yīng)用2011-10-648LED應(yīng)用2011-10-649LED應(yīng)用照明由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于防爆、野外作業(yè)、礦山、軍事行動(dòng)等特殊工作場(chǎng)所或惡劣工作環(huán)境之中。2011-10-650公司LED產(chǎn)品LED球泡燈LED日光燈2011-10-651公司LED產(chǎn)品LED蠟燭燈LED射燈LEDPA燈2011-10-652公司LED產(chǎn)品LED筒燈LED導(dǎo)軌燈LED天花射燈2011-10-653公司LED產(chǎn)品LED路燈2011-1