LED發(fā)光二極管的基礎(chǔ)知識(shí)詳解

1、LED發(fā)光二極管的基礎(chǔ)知識(shí)詳解一、led基礎(chǔ)知識(shí)Led面板燈廠家賽德利認(rèn)為 LED是取自Light Emitting Diode三個(gè)字的縮寫(xiě)，中文譯 為“發(fā)光二極管”，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件具有二極 管的特性。目前不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到藍(lán)間不同波長(zhǎng)的光線，目前發(fā)出紫色乃至紫外光的發(fā)光二極管也已經(jīng)誕生。除此之外還有在藍(lán)光LED上涂上熒光粉，將藍(lán)光轉(zhuǎn)化成白光的白光LED。LED的色彩與工藝：制造LED的材料不同，可以產(chǎn)生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所發(fā)出光的波長(zhǎng)，也就是光譜或顏色。歷史上第一個(gè)LED所使用的材料是砷（As）化鎵（Ga），其正向PN

2、結(jié)壓降（VF，可以理解為點(diǎn)亮或工作電壓 ）為1.424V，發(fā)出的光線為紅外光譜。另一種常用 的LED材料為磷（P）化鎵（Ga），其正向PN結(jié)壓降為2.261V，發(fā)出的光線為綠光?；谶@兩種材料， 早期LED工業(yè)運(yùn)用GaAs1-xPx材枓結(jié)構(gòu)，理論上可以生產(chǎn)從紅外光 一直到綠光范圍內(nèi)任何波長(zhǎng)的LED，下標(biāo)X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過(guò) PN結(jié)壓降可以確定 LED的波長(zhǎng)顏色。其中典型的有的紅光LED , 的橙光LED，的黃光LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三種元素，所以 俗稱這些LED為三元素發(fā)光管。而GaN （氮化鎵）的藍(lán)光LED、GaP的綠光LED和GaAs 紅外光LED，被稱為二

3、元素發(fā)光管。而目前最新的工藝是用混合鋁（Al）、鈣（Ca）、銦（In）和氮（N）四種元素的 AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵蓋所有可見(jiàn)光以及部份紫外光的光譜范圍。LED發(fā)光強(qiáng)度：發(fā)光強(qiáng)度的衡量單位有照度單位（勒克司Lux）、光通量單位（流明 Lumen）、發(fā)光強(qiáng)度單位（燭光Candle power）.1CD （燭光）指完全輻射的物體，在白金凝固點(diǎn)溫度下，每六十分之一平方厘米面積的 發(fā)光強(qiáng)度。（以前指直徑為 2.2厘米，質(zhì)量為75.5克的鯨油燭，每小時(shí)燃燒7.78克，火焰高度為4.5厘米，沿水平方向的發(fā)光強(qiáng)度）1L （流明）指1 CD燭光照射在距離為1厘米，面積為1平方厘米的

4、平面上的光通量。1Lux （勒克司）指1L的光通量均勻地分布在 1平方米面積上的照度。一般主動(dòng)發(fā)光體采用發(fā)光強(qiáng)度單位燭光CD，如白熾燈、LED等；反射或穿透型的物體采用光通量單位流明 L,如LCD投影機(jī)等；而照度單位勒克司Lux，一般用于攝影等領(lǐng)域。三種衡量單位在數(shù)值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如：如果說(shuō)一部LCD投影機(jī)的亮度（光通量）為 1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸為60英寸（1平方米），則其照度為1600勒克司，假設(shè)其出光口距光源1厘米，出光口面積為 1平方厘米，則出光口的發(fā)光強(qiáng)度為 1600CD。而真正的LCD投影機(jī)由于光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗 和光線分布不

5、均勻，亮度將大打折扣，一般有50%的效率就很好了。實(shí)際使用中，光強(qiáng)計(jì)算常常采用比較容易測(cè)繪的數(shù)據(jù)單位或變向使用。對(duì)于LED顯示屏這種主動(dòng)發(fā)光體一般采用CD/平方米作為發(fā)光強(qiáng)度單位，并配合觀察角度為輔助參數(shù)，其等效于屏體表面的照度單位勒克司；將此數(shù)值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個(gè)屏體的在最佳視角上的發(fā)光強(qiáng)度， 假設(shè)屏體中每個(gè)像素的發(fā)光強(qiáng)度在相應(yīng)空間內(nèi)恒定，則此數(shù)值可被認(rèn)為也是整個(gè)屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達(dá)到 4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內(nèi)LED，最大亮度在7002000 CD/平方米左右。單個(gè)LED的發(fā)光強(qiáng)度以 CD為單位：同時(shí)配有視角參數(shù)

6、，發(fā)光強(qiáng)度與LED的色彩沒(méi)有關(guān)系。單管的發(fā)光強(qiáng)度從幾個(gè)mCD到五千mCD不等。LED生產(chǎn)廠商所給出的發(fā)光強(qiáng)度指LED在20mA電流下點(diǎn)亮，最佳視角上及中心位置上發(fā)光強(qiáng)度最大的點(diǎn)。封裝LED時(shí)頂部透鏡的形狀和 LED芯片距頂部透鏡的位置決定了 LED視角和光強(qiáng)分布。一般來(lái)說(shuō)相同的LED視角越大，最大發(fā)光強(qiáng)度越小，但在整個(gè)立體半球面上累計(jì)的光通量不變。當(dāng)多個(gè)LED較緊密規(guī)則排放，其發(fā)光球面相互疊加，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)光平面發(fā)光強(qiáng)度分布 比較均勻。在計(jì)算顯示屏發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，需根據(jù) LED視角和LED的排放密度，將廠商提供的 最大點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度值乘以 30%90%不等，作為單管平均發(fā)光強(qiáng)度。LED的發(fā)光壽命很長(zhǎng)：生

7、產(chǎn)廠家一般都標(biāo)明為 100,000小時(shí)以上，實(shí)際還應(yīng)注意 LED的亮度衰減周期，如大 部分用于汽車尾燈的 UR紅管點(diǎn)亮十幾至幾十小時(shí)后，亮度就只有原來(lái)的一半了。亮度衰減周期與LED生產(chǎn)的材料工藝有很大關(guān)系，一般在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下應(yīng)選用亮度衰減較 緩慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是紅綠藍(lán)三色按亮度比例混合而成，當(dāng)光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21%，藍(lán)色的亮度為 10%時(shí)，混色后人眼感覺(jué)到的是純白色。但LED紅綠藍(lán)三色的色品坐標(biāo)因工藝過(guò)程等原因無(wú)法達(dá)到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。當(dāng)為全彩色LED顯示屏進(jìn)行配色前，為了達(dá)到最佳亮度和最低的成

8、本，應(yīng)盡量選擇三 原色發(fā)光強(qiáng)度成大致為 3:6:1比例的LED器件組成像素。白平衡要求三種原色在相同的調(diào)灰值下合成的仍舊為純正的白色。原色、基色:原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍(lán)，下圖為光譜表，表中 的三個(gè)頂點(diǎn)為理想的原色波長(zhǎng)。如果原色有偏差，則可合成顏色的區(qū)域會(huì)減小，光譜表中的三角形會(huì)縮小，從視覺(jué)角度來(lái)看，色彩不僅會(huì)有偏差，豐富程度減少。LED發(fā)出的紅、綠、藍(lán)光線根據(jù)其不同波長(zhǎng)特性和大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、 橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍(lán)綠、純藍(lán)、藍(lán)紫等，橙紅、黃綠、藍(lán)紫色較純紅、純綠、 純藍(lán)價(jià)格上便宜很多。三個(gè)原色中綠色最為重要，因?yàn)榫G色占據(jù)了白色中69%的亮

9、度，且處于色彩橫向排列表的中心。因此在權(quán)衡顏色的純度和價(jià)格兩者之間的關(guān)系時(shí)，綠色是著重考慮的對(duì)象。二、LED防靜電要求藍(lán)光、純綠光、藍(lán)綠光、白光、紫光、紫紅光發(fā)光二極管屬于一級(jí)防靜電敏感器件，在 手持和封裝生產(chǎn)過(guò)程中請(qǐng)注意采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?，以下僅供參考：必須能防止靜電產(chǎn)生：組裝人員操作時(shí)需穿戴防靜電服裝（如防靜電衣服、帽子、鞋子、指套或手套等）必須能迅速將其表面或內(nèi)部的靜電散逸：組裝操作人員需配戴防靜電手腕帶。能提供屏蔽保護(hù)受靜電突然放電或電場(chǎng)沖擊： 組裝臺(tái)（工作臺(tái)）需使用防靜電臺(tái)墊，且接地。 盛裝LED需使用防靜電元件盒。 烙鐵、切腳機(jī)、錫爐（或自動(dòng)回流焊設(shè)備）均需接地。作業(yè)過(guò)程中，盡可能

10、避免直接觸摸發(fā)光管之管腳，取放時(shí)盡可能觸拿膠體部分。接地措施應(yīng)完全防止靜電產(chǎn)生，工作臺(tái)、烙鐵、切腳機(jī)、錫爐（或自動(dòng)回流焊設(shè)備）之接地，必須用粗的鐵線引入泥土內(nèi)，在鐵線未端系上大鐵塊，埋入地表1米以下，各接地線均需與主線連接在一起，操作人員配戴的靜電環(huán)若有引出線的，亦需將引出線接通埋地線上。半成品、成品檢測(cè)設(shè)備亦需接地。三、LED使用注意事項(xiàng)（1）LED的特性接近穩(wěn)二極管，工作電壓變化0.1V，工作電流可能變化 20mA左右。為了安全，普通情況下使用串聯(lián)限流電阻，極大的能量損失顯然不適合太陽(yáng)能草坪燈，并且LED亮度隨工作電壓而變化。升壓電路是一個(gè)好辦法，也可以用簡(jiǎn)單的恒流電路，總之一 定要自動(dòng)限流，否則將會(huì)損壞 LED。（2）般LED的峰值電流50100mA，反向電壓在6V左右，注意不可超過(guò)這個(gè)極限,尤其在太陽(yáng)能電池反接或者蓄電池空載，升壓電路峰值電壓過(guò)高時(shí)很可能超過(guò)這個(gè)極限，損壞 LED。(3) LED溫度特性不好，溫度上升 5C,光通量下降3%,夏季使用更要注意。(4) 工作電壓離散性大，同一型號(hào)，同一批次的LED工作電壓都有一定差別，不宜并 聯(lián)使用。若一定要并聯(lián)使用，就應(yīng)該充分考慮均流的情況。(5) 超