LED知識(shí)簡(jiǎn)介課件

LED照明技術(shù)ＬＥＤ在北京奧運(yùn)會(huì)上大放異彩

ＬＥＤ在北京奧運(yùn)會(huì)上大放異彩1、光通量：電光源產(chǎn)生發(fā)出的光能量，稱為光通量，單位為流明(Lm)。2、光效：電光源每w電功率產(chǎn)生發(fā)出的光通量稱為光效，單位為流明/瓦特(Lm/w)。3、有效瞳孔流明(俗稱有效視覺光效)：指的是在電光源產(chǎn)生發(fā)出的光通量中，能被人的肉眼視覺感覺到那一部分可見光。照明領(lǐng)域中的有關(guān)概念名詞

4、色溫：指的是電光源產(chǎn)生發(fā)出的光的顏色。為直觀量化，通常引入K氏溫度的概念進(jìn)行描述。色溫分為：低色溫、中度色溫、高色溫。5、顯色性能：電光源發(fā)出的光，顯示物體表面原本顏色的能力。光源顯色性能越高，物體表面顏色越真實(shí)。為量化描述顯色性能，引入顯色指數(shù)R值的概念。以太陽光R=100值為標(biāo)準(zhǔn)，電光源的R值越接近100，說明電光源的顯色性能越好。在工業(yè)、商業(yè)照明中應(yīng)選用R值大的光源。

照明領(lǐng)域中的有關(guān)概念名詞6、光源壽命：指的是電光源從點(diǎn)亮至熄滅的時(shí)間為光源的壽命，單位為小時(shí)(h)。7、電光源頻閃及頻閃效應(yīng)：詳見《論電光源頻閃效應(yīng)的危害性及改進(jìn)技術(shù)對(duì)策》一文。8、亮度與照度

亮度：指的是人在看光源時(shí)，眼睛感覺到的光亮度。光源的光通量多，亮度就高。

照度：指的是光源照射到周圍空間或地面上，單位被照射面積上的光通量。光源照射到周圍空間和地面上的光通量多，照度就高。照明領(lǐng)域中的有關(guān)概念名詞

綠色照明是指通過科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材，以及調(diào)光控制調(diào)和控光器件），改善提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。綠色光源的技術(shù)性能:一是高光效、高亮度、高節(jié)能。二是太陽光色、高顯色性能三是光通量穩(wěn)定、不波動(dòng)、無頻閃效應(yīng)危害。綠色照明

半導(dǎo)體照明新光源的優(yōu)點(diǎn)：耗電低：僅為白熾燈的1/10壽命長(zhǎng)：為白熾燈的100倍無環(huán)境污染：無汞色彩更接近自然光半導(dǎo)體照明

1.發(fā)光效率高白熾燈、鹵鎢燈光效為12~24lm/w,熒光燈為50~70lm/w,鈉燈為90~140lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。美國cree公司2010年1月宣布白光大功率ＬＥＤ光效已實(shí)現(xiàn)２０８ｌｍ/Ｗ，這相當(dāng)于光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了65%,比現(xiàn)在節(jié)能燈的光電轉(zhuǎn)換效率要高3倍。2.耗電量少小功率ＬＥＤ單管功率為0.003~0.06Ｗ，采用直流驅(qū)動(dòng)LED的基本特征投入資金50億日元到2007年30%的白熾燈被置換為半導(dǎo)體照明燈日本21世紀(jì)照明計(jì)劃歐盟的彩虹計(jì)劃應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí)現(xiàn)：高效節(jié)能不使用有害環(huán)境的材料模擬自然光2004年-2008年韓國政府計(jì)劃投入1億美元，企業(yè)提供30%的配套資金，2008年LED的發(fā)光效率達(dá)到80lm/W我國有近百名專家（兩院院士）聯(lián)名向國務(wù)院呼吁，以三峽工程的5%費(fèi)用，支持我國的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，用5-10年的時(shí)間的努力，1/3照明應(yīng)用半導(dǎo)體照明，每年可以節(jié)約的電量1000億度，多于一個(gè)三峽水電站的發(fā)電量（800億度）國家啟動(dòng)國家半導(dǎo)體照明工程韓國“固態(tài)照明計(jì)劃”

中國專家的呼吁截至到2008年底，國家半導(dǎo)體照明工程取得的重大進(jìn)展情況如下：

1、探索性、前沿性材料生長(zhǎng)和器件研究出現(xiàn)部分原創(chuàng)性技術(shù)。

國內(nèi)已研制出280納米紫外LED器件，20毫安輸出功率達(dá)到毫瓦量級(jí)；

非極性氮化鎵的外延生長(zhǎng)，X射線衍射半峰寬由原來的780弧秒下降至559弧秒；

首次實(shí)現(xiàn)大面積納米和薄膜型光子晶格LED，20mA室溫連續(xù)驅(qū)動(dòng)小芯片輸出功率由4.3mW提升至8mW；

全磷光型疊層白光OLED發(fā)光效率已達(dá)到45流明/瓦;2、產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)取得較大突破。

國產(chǎn)芯片替代進(jìn)口比例逐年增長(zhǎng)，截至目前已接近50％。

功率型白光LED封裝接近國際先進(jìn)水平，以企業(yè)為主體的100流明/瓦LED制造技術(shù)進(jìn)展較快，產(chǎn)業(yè)化線上完成的功率型芯片封裝后達(dá)到75流明/瓦。

具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功率型硅襯底LED芯片封裝后效率接近60流明/瓦。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。半導(dǎo)體發(fā)光二極管ＬＥＤ芯片結(jié)構(gòu)１．雙極芯片２．單極芯片LED封裝技術(shù)ＬＥＤ的封裝原料單極芯片雙極芯片LED襯底材料的種類1.藍(lán)寶石（Al2O3）2.硅(Si)3.碳化硅(SiC)LED封裝技術(shù)藍(lán)寶石襯底優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、器件質(zhì)量好、易于生產(chǎn)。缺點(diǎn)：晶格失配和熱應(yīng)力失配，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性差，需要使用導(dǎo)熱性差的銀膠固定，電極均在上表面造成發(fā)光效率減小，一般采用倒裝結(jié)構(gòu)。碳化硅襯底優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)490W/mK，比一般藍(lán)寶石襯底25W/mK的導(dǎo)熱效果好10~20倍。電流縱向流動(dòng)，表面只有一個(gè)電極，出光面積增大。共晶焊技術(shù)能夠很好的降低熱阻，一般采用正裝結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：成本較高，生產(chǎn)較難。區(qū)別碳化硅襯底與藍(lán)寶石襯底最簡(jiǎn)單的辦法就是看芯片上的引線數(shù)目，藍(lán)寶石由于倒裝有兩根，共晶焊只有一根Cree公司產(chǎn)品簡(jiǎn)介XPE光通量輸出業(yè)內(nèi)領(lǐng)先配光曲線對(duì)稱包在芯片溫度小于30度C/85％RH環(huán)境下車間壽命無限熱電通道隔離

XRE芯片壓降3.3~3.5V允許通過最大電流1A允許最大PN結(jié)溫度150℃XM-L多芯片集成ＬＥＤ在100流明/瓦情況下，最大提供1000流明

低熱阻：2.5°C/W

在結(jié)溫≤30oC/85％相對(duì)濕度下壽命無限

回流焊接-符合JEDECJ-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)

電中性的散熱路徑2.SMD封裝：表面貼片式二極管，可滿足表面貼裝結(jié)構(gòu)的各種電子產(chǎn)品的需要，但功率也不能做得很大。優(yōu)點(diǎn)：一致性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，能夠集成多顆芯片得到極大的功率。缺點(diǎn)：熱量過于集中散熱較難。3.食人魚封裝：有四個(gè)引腳，兩個(gè)為正，兩個(gè)為負(fù)，導(dǎo)熱性能比小功率好。食人魚這個(gè)名字是從外國傳入的，因?yàn)椋蹋牛牡耐庑皖愃苼嗰R遜河中的食人魚。特點(diǎn)：ＬＥＤ支架為銅制，面積大散熱快可以長(zhǎng)時(shí)間使用，常用作汽車剎車燈、轉(zhuǎn)向燈。ＬＥＤ在車燈上應(yīng)用4.功率型封裝：適合大電流LED，最大電流在２０ｍＡ以上，一般單顆功率有１Ｗ、２Ｗ３Ｗ、５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度大可靠性高，有獨(dú)立光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化光束分布，實(shí)現(xiàn)熱通道和電通道分離。缺點(diǎn)：散熱較大發(fā)光二極管核心是PN結(jié)。具有一般P-N結(jié)的I-V特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。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)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。LED原理介紹紅色LED中心材料是摻以Zn-O對(duì)的GaP。GaP為間接帶隙材料，Zn-O對(duì)起等電子陷阱的作用，可大大提高發(fā)光效率。發(fā)光波長(zhǎng)為700nm，比GaP禁帶對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)。小電流密度下可獲得高亮度。對(duì)于GaAsP來說，通過變化As和P的組成，在一定范圍內(nèi)自由地改變禁帶寬度，但晶格常數(shù)不易和基板GaAs匹配。對(duì)于GaAlAs來說，通過變化Ga和Al的組成，在一定范圍內(nèi)自由地改變禁帶寬度，晶格常數(shù)不變?？捎泻芨叩陌l(fā)光效率。在一定范圍內(nèi)二者都可認(rèn)為是直接帶隙材料。RGB三色LED的獲得綠色LED在橙色、黃色LED中，使用的是以N為等電子陷阱的GaAsP。在綠色LED中使用的是間接帶材料GaP或摻雜高濃度N的GaP。對(duì)于InGaAlP來說，通過改變Ga,Al的組份比，可得到從橙色到綠色發(fā)光的LED。最近，在這一波段，巳制成高亮度的LED。RGB三色LED的獲得藍(lán)色LED采用禁帶寬度大的材料。有SiC,GaN,ZnSe,ZnS等。SiC是容易形成PN結(jié)的材料，屬于間接躍遷型，靠摻入雜質(zhì)Al和N能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生發(fā)光。GaN,ZnSe,ZnS為直接躍遷型，可獲得高亮度發(fā)光。這些材料的研究開發(fā)近年來獲得重大突破，高亮度藍(lán)色LED迅速推向?qū)嵱没?。RGB三色LED的獲得如何實(shí)現(xiàn)白光LED半導(dǎo)體發(fā)光二極管通過紅、綠、藍(lán)三種LED組合成為白光基于藍(lán)光LED，通過熒光粉激發(fā)一個(gè)黃光，組合成為藍(lán)光基于紫外光LED，通過三基色粉，組合成為白光白光LED的構(gòu)成方式實(shí)現(xiàn)白光LED

基于藍(lán)光LED，通過黃色熒光粉激發(fā)出黃光，組合成為白光通過紅、綠、藍(lán)三種LED組合成為白光基于紫外光LED，通過三基色粉，組合成為白光大功率ＬＥＤ封裝流程：晶片裝架封裝固晶封裝焊線熒光粉涂覆白光封裝技術(shù)晶片裝架器材：固晶機(jī)。注意事項(xiàng)：固晶機(jī)吸附芯片的吸嘴的內(nèi)徑為芯片大小的３／４，大芯片一般用軟吸嘴（如橡膠或膠木等），而小芯片一般用鎢鋼吸嘴。封裝固晶目的：使芯片牢固固定在ＬＥＤ支架上。材料：銀膠步驟：將芯片置于熱沉上，在芯片周圍涂上一層銀膠，銀膠高度應(yīng)為芯片高度的1/3~1/4之間。高溫烘干使銀膠固化。銀膠封裝焊線金線和鋁線都可以作為L(zhǎng)ED芯片與支架間的連接線。金線電阻率比鋁線小，在LED功率比較大或電參數(shù)比較高的場(chǎng)合往往使用金線，其他場(chǎng)合使用比較廉價(jià)的鋁線。金線的直徑要根據(jù)電流大小的限制決定。金線熒光粉涂覆現(xiàn)在大多數(shù)ＬＥＤ廠家獲得白光的方法都是藍(lán)色芯片＋ＹＡＧ熒光粉。此項(xiàng)專利被日本的日亞公司所壟斷。日亞公司也是世界上第一家研發(fā)出GaN藍(lán)光芯片的公司。藍(lán)光芯片選擇與熒光粉匹配的藍(lán)光芯片是制作好白光LED的第一步。一般激發(fā)熒光粉的藍(lán)光的波長(zhǎng)寬度約為2.5mm，這決定了需要精確確定熒光粉激發(fā)的最佳波長(zhǎng)。方法：熒光粉比較儀，測(cè)量不同波長(zhǎng)藍(lán)光芯片，比較得出激發(fā)光強(qiáng)最強(qiáng)的一組。YAG熒光粉涂覆熒光粉方法：把熒光粉和環(huán)氧樹脂調(diào)配好，各公司的濃度配比屬于商業(yè)機(jī)密。樹脂和熒光粉要攪拌均勻，在涂覆過程中熒光粉不能沉淀，濃度要始終保持一致由于ＬＥＤ光會(huì)從折射率約為３的芯片發(fā)射到折射率為１的大氣，如不處理全反射效應(yīng)嚴(yán)重，出光率大大降低。熒光粉作為中間