LED基礎(chǔ)知識(shí)介紹（課堂PPT）

1、1目錄目錄一、一、LED簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介三三.LED常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ)二二.LED優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)四四.LED芯片介紹芯片介紹五五.LED封裝技術(shù)封裝技術(shù)六六.LED重要參數(shù)重要參數(shù)七七.LED應(yīng)用應(yīng)用21.1.什么是什么是LEDLEDLED 是取自 Light Emitting Diode 三個(gè)字的 縮寫，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。一、一、LED簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 3 2.2.發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理 LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層間，但沒(méi)有光學(xué)諧振腔，故無(wú)閾值。LED分為正

2、面發(fā)光型和側(cè)面發(fā)光型，側(cè)面發(fā)光型LED的驅(qū)動(dòng)電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比正面發(fā)光型LED高。4 3.LED3.LED的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960年。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(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用.54.LED4.LED光源的特點(diǎn)光源的特點(diǎn)電 壓：LED使用低壓電源，單顆電壓在1.9-4V之間，比使用高壓電源更安全的電源。效 能：光效高，目前實(shí)驗(yàn)室最高光效已達(dá)到 208 lm/w（cree）,是目前光效最高的照明產(chǎn)品?？拐鹦裕篖ED是固態(tài)光源，由于它的特殊性，具

3、有其他光源產(chǎn)品不能比擬的抗震性。穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的70% 響應(yīng)時(shí)間：LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，是目前所有光源中響應(yīng)時(shí)間最快的產(chǎn)品。 環(huán) 保：無(wú)金屬汞等對(duì)身體有害物質(zhì)。顏 色：LED的帶快相當(dāng)窄，所發(fā)光顏色純，無(wú)雜色光，覆蓋整過(guò)可見(jiàn)光的全部波段，且可由RGB組合成任何想要可見(jiàn)光。6LEDLED色彩豐富色彩豐富 由于LED帶寬比較窄，顏色純度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩豐富得多。據(jù)有關(guān)專家計(jì)算，LED的色彩比其他光源豐富30%,因此，它能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)物體的真實(shí)性，當(dāng)然也更受消費(fèi)者的青睞！7二二.LED的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)l 1、體積小 LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂

4、里面，所以它非常小，非常輕。l 2、耗電量低 LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近30%。一般來(lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說(shuō)，它消耗的電能不超過(guò)0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。l 3、使用壽命長(zhǎng) 有人稱LED光源為長(zhǎng)壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢褂脡勖蛇_(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。8l 4、高亮度、低熱量 LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。l 5、環(huán)保 LED是由無(wú)毒的材料作成，不像熒光燈含

5、水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源l 6、堅(jiān)固耐用 LED被完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，使得LED不易損壞。9l 7、多變幻 LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256256256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。l 8、技術(shù)先進(jìn) 與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通

6、信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多變的特點(diǎn)。l 9、綜合 長(zhǎng)壽命-壽命可超過(guò)十萬(wàn)小時(shí)，相比鎢絲燈泡的壽命只有1000小時(shí)，穩(wěn)固-沒(méi)有移動(dòng)部件，沒(méi)有玻璃，大小-大多數(shù)的直徑只有5毫米，能耗-高達(dá)90%的轉(zhuǎn)換率將電能轉(zhuǎn)化成光能，需要極少的電力供應(yīng)，環(huán)保無(wú)毒-沒(méi)有水銀等有毒重金屬，多功能性-可實(shí)現(xiàn)各種顏色變化，溫度低-比HID或白熾燈更少的熱輻射，直流低電壓-某些應(yīng)用場(chǎng)下更安全10三三.LED常用照明術(shù)語(yǔ)常用照明術(shù)語(yǔ)光通量光通量()() :點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的能量,其中可產(chǎn)生視覺(jué)者(人能感覺(jué)出

7、來(lái)的輻射通量)即稱為光通量。光通量的單位為流明(簡(jiǎn)寫lm),1流明(lumen或lm)定義為一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光的光源在單位立體弧角內(nèi)所通過(guò)的光通量。 光照度：光照度：可用照度計(jì)直接測(cè)量。光照度的單位是勒克斯，是英文lux的音譯，也可寫為lx。被光均勻照射的物體，在1平方米面積上得到的光通量是1流明時(shí)，它的照度是1勒克斯。發(fā)光強(qiáng)度：發(fā)光強(qiáng)度：簡(jiǎn)稱光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫cd。Lcd是指光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光源輻射是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為I=F/，為立體角，單位為球面度（sr）,F為光通量，單位是流明，對(duì)于點(diǎn)光源由I=F/4 。左右。光亮度：光亮度：表示發(fā)光面明亮程

8、度的，指發(fā)光表面在指定方向的發(fā)光強(qiáng)度與垂直且指定方向的發(fā)光面的面積之比，單位是坎德拉/平方米。對(duì)于一個(gè)漫散射面，盡管各個(gè)方向的光強(qiáng)和光通量不同，但各個(gè)方向的亮度都是相等的。電視機(jī)的熒光屏就是近似于這樣的漫散射面，所以從各個(gè)方向上觀看圖像，都有相同的亮度感。11顯色性：顯色性：光源對(duì)物體呈現(xiàn)的程度，即顏色的逼真程度。常稱“顯色指數(shù)”單位：Ra。 光光 效：效：光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。單位：每瓦流明（Lm/w）。色色 溫：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。單位：開(kāi)爾文（k）。光束角：光束角：通常稱角度，指于垂直光束

9、中心線之一平面上，發(fā)光強(qiáng)度等于50%最大發(fā)光強(qiáng)度的二個(gè)方向之間的夾角 。 12 結(jié)溫：結(jié)溫：是指管芯 PN 結(jié)的平均溫度，用 T J 表示。 LED結(jié)溫高低 直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等 是LED器件封裝和器件應(yīng)用設(shè)計(jì)必須著重解決的核心問(wèn)題.13熱阻：熱阻：是指反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。單位：/W， 即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差。總熱阻為各層熱阻之和.14四四.LED芯片介紹芯片介紹 1. 1.LedLed芯片的結(jié)構(gòu)芯片的結(jié)構(gòu) LED芯片有兩種基本結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)（Lateral）和垂直結(jié)構(gòu)（Vertical）。 橫向結(jié)構(gòu)LED芯片的兩個(gè)電極在L

10、ED芯片的同一側(cè)，電流在n-和p-類型限制層中橫向流動(dòng)不等的距離。 垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在LED外延層的兩側(cè)，由于圖形化電極和全部的p-類型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，極少橫向流動(dòng)的電流，可以改善平面結(jié)構(gòu)的電流分布問(wèn)題，提高發(fā)光效率，也可以解決P極的遮光問(wèn)題，提升LED的發(fā)光面積。 152. 2.芯片的分類芯片的分類l 1).引腳式：引腳式：有兩個(gè)引腳，一般用于小功率。l 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，產(chǎn)品可靠，成本低，體積小，適用范圍廣l 缺點(diǎn)：允許通過(guò)的最電流較小，亮度低，沒(méi)有特別的散熱設(shè)計(jì)，熱電通道都是通過(guò)引腳完成，散熱性能不佳，壽命受到限制。162).SM

11、D封裝：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(guò)于集中散熱較難。173).食人魚封裝：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(guó)傳入的，因?yàn)榈耐庑皖愃苼嗰R遜河中的食人魚。特點(diǎn)：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。18 五五.LED的封裝技術(shù)的封裝技術(shù)1.擴(kuò)晶擴(kuò)晶：把排列的密密麻麻的晶片弄開(kāi)一點(diǎn)便于固晶。2.固晶固晶：在支架底部點(diǎn)上導(dǎo)電/不導(dǎo)電的膠水(導(dǎo)電與否視晶片是上下LED封裝車間型PN結(jié)還是左

12、右型PN結(jié)而定）然后把晶片放入支架里面。3.短烤：短烤：讓膠水固化焊線時(shí)晶片不移動(dòng)。4.焊線焊線：用金線把晶片和支架導(dǎo)通。5.前測(cè)前測(cè)：初步測(cè)試能不能亮。196.灌膠灌膠：用膠水把芯片和支架包裹起來(lái)。7.長(zhǎng)烤長(zhǎng)烤：讓膠水固化。8.后測(cè)后測(cè)：測(cè)試能亮與否以及電性參數(shù)是否達(dá)標(biāo)。9.分光分色把顏色和電壓大致上一致的產(chǎn)品分出來(lái)。10.包裝。包裝。20 六六.LED的重要參數(shù)的重要參數(shù) 1極限參數(shù)的意義極限參數(shù)的意義 （1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。 （2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。

13、 （3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。 （4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。 21 2電參數(shù)的意義電參數(shù)的意義 (1)正向工作電流正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6IFm以下。 (2)正向工作電壓正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.43V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。 (3)V-I特性：特性：發(fā)光二極管

14、的電壓與電流的關(guān)系在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR10A以下。 22七七.LED的應(yīng)用的應(yīng)用(1)顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源的應(yīng)用LED燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、省電和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏，分為全色、雙色和單色顯示屏，全國(guó)共有100多個(gè)單位在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。交通信號(hào)燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED，因?yàn)椴捎肔ED信號(hào)燈既節(jié)能，可靠性又高，所以在全國(guó)范圍內(nèi)，交通信號(hào)燈正在逐步更新?lián)Q代，而且推廣速度快，市場(chǎng)需求量很

15、大，是個(gè)很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。(2)汽車工業(yè)上的應(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開(kāi)關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動(dòng)撞擊、易損壞、壽命短，需要經(jīng)常更換。1987年，我國(guó)開(kāi)始在汽車上安裝LED高位剎車燈。由于LED響應(yīng)速度快,可以及早提醒司機(jī)剎車，減少汽車追尾事故，在發(fā)達(dá)國(guó)家，使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)件，美國(guó)HP公司在1996年推出的LED汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。23(3)LED背光源以高效側(cè)發(fā)光的背光源最為引人注目，LED作為L(zhǎng)CD背光源應(yīng)用，具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于

16、電子手表、手機(jī)、BP機(jī)、電子計(jì)算器和刷卡機(jī)上，隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化，LED背光源更具優(yōu)勢(shì)，因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發(fā)展。LED是手機(jī)關(guān)鍵器件，一部普通手機(jī)或小靈通約需使用10只LED器件，而一部彩屏和帶有照相功能的手機(jī)則需要使用約20只LED器件?，F(xiàn)階段手機(jī)背光源用量非常大，一年要用35億只LED芯片。我國(guó)手機(jī)生產(chǎn)量很大，而且大部分LED背光源還是進(jìn)口的，對(duì)于國(guó)產(chǎn)LED產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是個(gè)極好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。(4)LED照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè)mcd，適用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。隨著LED散熱技術(shù)的

17、改進(jìn)，LED光源替代白熾燈和熒光燈甚至是碘鎢燈、高壓鈉燈等大功率光源的替代趨勢(shì)已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)展。日本為節(jié)約能源，正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目(稱為照亮日本)，頭五年的預(yù)算為50億日元，如果LED替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油的能源,相當(dāng)于五個(gè)1.35106kW核電站的發(fā)電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居住的環(huán)境。我國(guó)也于2004年投資50億大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的半導(dǎo)體照明計(jì)劃。24(5)其它應(yīng)用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋，走路時(shí)內(nèi)置的LED會(huì)閃爍發(fā)光，僅溫州地區(qū)一年要用5億只發(fā)光二極管；利用發(fā)光二極管作為電動(dòng)牙刷的電量指示燈，據(jù)國(guó)內(nèi)正在投產(chǎn)的制造商介紹,該LED燈具(5張)公司已有少量保健牙刷上市，預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)每年需要3億只發(fā)光燈；正在流行的LED圣誕燈，由于造型新穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性，近在香港等東南亞地區(qū)銷勢(shì)強(qiáng)勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn)有電泡的圣誕市場(chǎng)。(6)家用室內(nèi)照明的LED產(chǎn)品越來(lái)受人歡