《LED技术培训》PPT课件.ppt

2011-10-6,1,LED照明基础,2011-10-6,2,LED照明基础,内容简介 LED的发展史 LED的现况 LED的特性 LED的应用 和公司LED产品,2011-10-6,3,什么是LED,LED的全称Light Emitting Diode,即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。,2011-10-6,4,照明发展史,2011-10-6,5,LED的发展史,1907年Henry Joseph Round第一次观察到场致发光现象。 1936年George Destiau第一场使用场致发光这个术语。 60年代初，试验中，LED需要置放在液化氮中 第一个商业LED仅仅只能发出不可见的红外线，但是迅速应用于感光与光电领域。 60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED 70年代中，采用双层磷化稼能够发出黄色光。 70年代末，LED出现绿色光。 90年代中，LED最终出现蓝色光。 90年代末白光的LED开发成功 目前LED已经可以发出紫外光。 除此以外，LED的光通量也在与日俱增，最新的实验室数据是186lm/W,2011-10-6,6,LED发展计划,2011-10-6,7,LED发展计划,美国LED行业的预测,2011-10-6,8,LED发展计划,世界各国政府LED发展计划,2011-10-6,9,LED优点,高光效 高节能 光源方向性好 光色多 安全性高 环保 寿命长 光源快速响应 灯具结构合理 运行成本低,2011-10-6,10,LED优点,2011-10-6,11,LED同几种光源的比较,LED光源在性能方面远远优于其他光源！,2011-10-6,12,LED同几种光源的比较,2011-10-6,13,LED分类,LED按照发光颜色分类 红光 橙光 绿光 蓝光 白光,红光 橙光 绿光 蓝光 统称为色光，主要应用在指示或装饰方面 白光又可细分为暖白 中性白 冷白。 白光是我们照明行业主要用到的光源。,2011-10-6,14,2011-10-6,15,白光LED产生-单芯片,InGaN(蓝)/YAG荧光粉 这是一种目前较为成熟的产品。这些产品采用芯片倒装结构,提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进,可将色均匀性提高10倍。实验证明,电流和温度的增加使LED光谱有些蓝移和红移,但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好 。 InGaN(蓝)/红荧光粉+绿荧光粉 色温可达到3000K-6000K, Ra达到82-87, 。 InGaN(紫外)/(红+绿+蓝)荧光粉 此类白光LED,其Ra大于等于90, 但发光效率还不够理想,2011-10-6,16,白光LED产生-单芯片,2011-10-6,17,白光LED产生-单芯片,2011-10-6,18,白光LED产生-双芯片,双芯片可由蓝 LED+黄LED、蓝LED+黄绿LED以及蓝绿LED+黄LED制成,此种器件成本比较便宜,但由于是两种颜色LED形成的白光,显色性较差,只能在显色性要求不高的场合使用。,2011-10-6,19,白光LED产生-多芯片,(蓝色+绿色+红色)LED 这种通过RGB方法合成白光这种方法主要的问题是绿光的转换效率底，所以总体的效率不高。同时三种颜色的LED的正向电压和光输出不同，两外它们的温度特性和光维持特性也不相同，因而对电路的要求也比较高。,2011-10-6,20,白光LED产生-多芯片,2011-10-6,21,LED封装,2011-10-6,22,LED封装形式,为满足不同产品的需要，LED的封装形式也出现了多样化，下面简单介绍一下：,2011-10-6,23,LED封装形式,2011-10-6,24,LED常用词汇总结,1.光通量：发光体每秒钟所发出的光量的总和。单位：流明（Lm），表示发光体发光的多少，发光愈多流明数愈大。 2.光 强I：发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。单位：坎德拉（cd）。 3.照 度E：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。单位：勒克斯（Lux）=流明Lm/面积m2。 4.亮 度L：发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位：尼脱（mcd）。 5.光 效：电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。单位：每瓦流明（Lm/w）。 6.平均寿命：指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位：小时（h）。,2011-10-6,25,LED常用词汇总结,7.经济寿命：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。室外的光源为70%，室内的光源为80%。 8.色 温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。光源色温不同，光色也不同，色温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在3000k-5000k为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000k以上有冷的感觉。单位：K。 9.显色性：光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳能）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。单位：Ra。 10.眩光：视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。,2011-10-6,26,LED特性,LED的电学特性 LED的光学特性 LED的热特性,2011-10-6,27,LED电特性,LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。 LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。 通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。,2011-10-6,28,LED电特性,I-V特性是LED芯片性能主要参数。 I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压 表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 （1）正向死区 （2）正向工作区 （3）反向死区 。 （4）反向击穿区,2011-10-6,29,LED电特性,C-V特性 LED的芯片pn结面积大小不一，使其结电容也不一 C-V特性 呈现二次函数关系是电容与电压的关系 最大允许功耗PF m 响应时间 是LED点亮与熄灭所延迟的时间。 响应时间 主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 LED点亮时间指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。 LED 熄灭时间指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。 不同材料制得的LED响应时间各不相同,2011-10-6,30,LED防静电,LED产品在加工生产的过程中要采取防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，进入生产车间人员做人体静电综合测试等，同时要保证生产车间的湿度在65% 左右，以免空气过于干燥产生静电，尤其是绿色LED容易被静电损坏。另外，不同质量档次的LED抗静电能力也不一样，质量档次高的LED抗静电能力要强一些。据统计，由于操作不当，LED产品有30%被静电损坏。,2011-10-6,31,LED光特性,发光强度 是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90。当偏离正法向不同角度，光强也随之变化。 发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。 发光强度的角分布是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺，透镜的材料，透镜的曲率，芯片周围的反光杯。,2011-10-6,32,LED光特性,2011-10-6,33,LED光特性,发光峰值波长及其光谱分布 如图 1蓝光InGaN/GaN 发光谱峰p = 460465nm 2 绿光 GaP:N 发光谱峰p = 550nm 3 红光 GaP:Zn-O 发光谱峰p = 680700nm 4 红外GaAs 发光谱峰p = 910nm 5 Si光敏光电管 通常作光电接收用 6 标准钨丝灯,2011-10-6,34,LED光特性,光通量是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。 光通量为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。 随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。 LED向外辐射的功率光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。,2011-10-6,35,总光通量的测量积分球法,积分球法 使用积分球将使LED总 通量的测量更加简单。 带有两个入射孔和一个 于探测器的出射孔 的积分 测量可对待测LED的自吸 进行修正。,2011-10-6,36,2011-10-6,37,LED光特性,发光效率 LED效率有两种 内部效率：pn结附近由电能转化成光能的效率。内部效率只用来分析和评价芯片优劣的特性 外部效率：辐射到外部的效率。 发光效率：辐射出光能量（发光量）与输入电能之比量子效率 =发射的光子数/pn结载流子数 流明效率：LED的光通量/外加耗电功率 流明效率是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。 理论计算中，最大的流明下来率为628lm/W。同此相比，LED未来的发展前景很广阔。,2011-10-6,38,LED光特性,几种常见色光的效率对比,2011-10-6,39,LED热学特性,LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF10mA，或者1020 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或p 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。 LED的主波长随温度关系可表示为p（ T）=0（T0）+Tg0.1nm/由式可知，每当结温升高10，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。,2011-10-6,40,LED热学特性,LED测量的环境温度一般为Tamb25oC。 随着温度的增加，LED波长的中心会发生蓝移或红移 随着温度的增加，LED的光强将会减小,2011-10-6,41,LED热学特性,2011-10-6,42,LED热学特性,2011-10-6,43,LED热学特性,2011-10-6,44,LED热学特性,LED散热结构,2011-10-6,45,LED应用,照明应用：,2011-10-6,46,LED应用,汽车部分：以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部 ( 第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等 ) ，目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系 列采用高亮度 LED ，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度 LED ，其他各车厂新车，也在陆续采用。,2011-10-6,47,LED应用,装饰：可广泛应用在发光立体字；建筑景观外观发光体；高架、高楼、公路、桥梁、地标、标志建筑发光源；广告立体字、标志、标识、指示光源；商业空间、机场、建筑工程、地铁、医院、饭店、白货商场、广场、餐馆、PUB设计灯光；汽车、运输、轮船、宣传指示警示光源；电脑、手机、通信、滑鼠、信号传输应用光源,2011-10-6,48,LED应用,2011-10-6,49,LED应用,2011-10-6,50,LED应用,照明 由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及热辐射低、体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工作环境之中。,2011-10-6,51,公司LED产品,LED球泡灯,LED日光灯,2011-10-6,52,公司LED产品,LED蜡烛灯,LED射灯,LED PA灯,2011-10-6,53,公司LED产品,LED筒灯,LED导轨灯,LED天花射灯,2011-10-6,54,公司LE