LED基本知识介绍.ppt

* ChongQing JiaoTong University 第一篇 电子新技术 ; 18791879年年: :托马斯托马斯. . 爱迪生发明世界上第一只实用型白炽灯泡爱迪生发明世界上第一只实用型白炽灯泡 ; ; 19311931年年: :成功研制高压汞灯；成功研制高压汞灯； 19361936年年: :荧光灯问世，引入了荧光灯；荧光灯问世，引入了荧光灯； 19491949年年: :白炽灯采用了柔白涂层技术；白炽灯采用了柔白涂层技术； 19581958年年: :引入了卤钨灯；引入了卤钨灯； 19621962年年: :发明了高压钠灯；发明了高压钠灯； 19741974年年: :引入了节能型荧光灯；引入了节能型荧光灯； 19751975年年: :引入了冷光杯，之后引入了小功率金卤灯；引入了冷光杯，之后引入了小功率金卤灯； 19871987年年: :引入了引入了40W40W节能灯，之后引入高效节能灯；节能灯，之后引入高效节能灯； 19941994年年: :发明了无极荧光灯；发明了无极荧光灯； 目前目前: :发光二极管（发光二极管（LEDLED） * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED 发展史简介 1965 1965年，全球第一款商用化年，全球第一款商用化LEDLED诞生（发光材料诞生（发光材料 GaAsPGaAsP），最初只能发出红光；），最初只能发出红光；19681968年，因为半导体年，因为半导体 工艺进步，发光效率提高，而且出现了橙光、黄光的工艺进步，发光效率提高，而且出现了橙光、黄光的 LEDLED；19711971年，绿光年，绿光LEDLED出现；到出现；到19941994年蓝光年蓝光LEDLED出出 现（现（GaNGaN材料）材料） ；其中，；其中，LEDLED的发光效率一直在提高的发光效率一直在提高 。 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED 发展史简介 60 60年代年代-90-90年代中期，由于能发出有色光的特点，年代中期，由于能发出有色光的特点， LEDLED都被用作信号指示用，而没有用于照明领域；都被用作信号指示用，而没有用于照明领域；9090 年代后期，日本研制出通过蓝光激发年代后期，日本研制出通过蓝光激发YAGYAG荧光粉产生荧光粉产生 白光的白光的LEDLED，这具有划时代的意义，从此，这具有划时代的意义，从此LEDLED就可用就可用 来当作光源使用，即用来作照明，来当作光源使用，即用来作照明， LEDLED照明也称为半照明也称为半 导体照明。直到如今，特别是近导体照明。直到如今，特别是近2 2，3 3年，年，白光白光LEDLED发发 展十分迅速，普及可量产的白光展十分迅速，普及可量产的白光LEDLED，其发光效率早，其发光效率早 就超过传统的白炽灯，目前部分厂商已经可以量产光就超过传统的白炽灯，目前部分厂商已经可以量产光 效超过节能灯、荧光灯的效超过节能灯、荧光灯的LEDLED产品产品 。 * ChongQing JiaoTong University 直插式直插式 LEDLED灯（灯（LED LampLED Lamp） 食人鱼食人鱼LEdLEd（Piranha LEDPiranha LED） 贴片式贴片式 小功率小功率LEDLED：额定工作电流：额定工作电流If If 100mA100mA（单芯片）（单芯片） 大功率大功率LEDLED：大功率：大功率LEDLED：额定工作电流：额定工作电流If100mAIf100mA（单芯片（单芯片) ) PCB LEDPCB LEDTop View LEDTop View LEDSideViewSideView LEDLED 1 1按安装方式分按安装方式分 LEDLED的基本类型的基本类型 2 2按功率大小分按功率大小分 * ChongQing JiaoTong University 3 3、按发光颜色分、按发光颜色分 单色光单色光LEDLED * ChongQing JiaoTong University 暖白光：暖白光：Tc3500KTc3500K 正白光：正白光：3500K3500KTc5700KTc5700K 冷白光：冷白光：TcTc5700K5700K R G W B C M 双色双色LEDLED：任意两种单色光的组合：任意两种单色光的组合 全彩全彩LEDLED：红绿蓝（：红绿蓝（RGBRGB）三原色的组合）三原色的组合 白光白光LEDLED * ChongQing JiaoTong University 芯片集成芯片集成COBCOB模组模组 4 4、按芯片组合数量分、按芯片组合数量分 单芯单芯LEDLED 多芯多芯LEDLED * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发光的原理发光的原理 发光二极管主要由发光二极管主要由PNPN结芯片、电极和光学系统组成。结芯片、电极和光学系统组成。 其发光体其发光体晶片的面积为晶片的面积为10-12mil10-12mil（1mil=0.02541mil=0.0254平方平方 毫米）毫米）。 其发光过程包括三部分：其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、正向偏压下的载流子注入、 复合辐射和光能传输复合辐射和光能传输。 原理：原理：微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物 中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电 的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光 子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子 的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可 见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多， 桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有 不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发光的原理发光的原理 LED LED是包含一个是包含一个PNPN结组成的电子元件。核心部件就结组成的电子元件。核心部件就 是包含这个是包含这个PNPN结的芯片（结的芯片（chipchip）。芯片决定了这个）。芯片决定了这个 LEDLED的光电性能。当有足够的电压加到的光电性能。当有足够的电压加到PNPN结两端时（结两端时（ P P型材料接正极，型材料接正极，N N型材料接负极），型材料接负极），P P型半导体材料型半导体材料 中的中的“ “空穴空穴” ”和和N N型半导体材料中的电子就复合，复合以型半导体材料中的电子就复合，复合以 后就释放能量，以光和热两种形式发出后就释放能量，以光和热两种形式发出 。 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发光的原理发光的原理 LED的PN结发光示意图 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED性能特性性能特性 以下是目前，LED与现在商用普及的白炽灯、节能灯 等光源性能在一些常用参数上的比较，评价一个光源的 好坏，主要就是采用下列参数进行 对比 项目 光源 类型 发发发发光效率光效率 （lm/wlm/w） 显显显显色指数色指数 (CRI)(CRI) 使用寿命使用寿命 （h h） 其他其他 白白炽炽炽炽灯灯5-205-2080-10080-100500-3000500-3000耐高温耐高温 荧荧荧荧光灯光灯60-10060-10060-8560-855000-120005000-12000 - - LEDLED40-11040-11060-9060-9010000-5000010000-50000 体体积积积积小，无小，无 紫外紫外红红红红外外线线线线 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发展空间发展空间 通过与传统常用光源比较，不难看出通过与传统常用光源比较，不难看出LEDLED所具有的优势所具有的优势 。在一定程度上，。在一定程度上，LEDLED已经可以替代普通照明用的白炽已经可以替代普通照明用的白炽 灯，毕竟发光效率和寿命都大大超过后者；但严格地说灯，毕竟发光效率和寿命都大大超过后者；但严格地说 ，LEDLED发展到今天，发展到今天，还没能完全取代传统的光源比如白还没能完全取代传统的光源比如白 炽灯、荧光灯而广泛使用炽灯、荧光灯而广泛使用，有几个原因：，有几个原因： 光源、灯具制造标准没有统一光源、灯具制造标准没有统一 一次性投资太大一次性投资太大 测试、评价手段没有统一 散热和光学结构还未完全成熟 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发展空间发展空间 由于是新兴起来发展不久的光源，必然伴随许多新技术由于是新兴起来发展不久的光源，必然伴随许多新技术 和材料；而且产量没有扩大。这样一来，和材料；而且产量没有扩大。这样一来，LEDLED的成本就的成本就 比较高。当技术有突破，产量明显提升的时候，比较高。当技术有突破，产量明显提升的时候，LEDLED光光 源的成本必然下降源的成本必然下降 。 同样地，新兴的产品还没有与之配套完备的制造、检测同样地，新兴的产品还没有与之配套完备的制造、检测 、评价标准，这也是囿于、评价标准，这也是囿于LEDLED发展阶段的瓶颈，目前国发展阶段的瓶颈，目前国 内外都在积极编制标准，许多草案已经出台，未来几年内外都在积极编制标准，许多草案已经出台，未来几年 内内LEDLED的相关标准就将完备。的相关标准就将完备。 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LEDLED发展空间发展空间 根据根据美国美国半导体照明半导体照明LEDLED发展蓝图（发展蓝图（OIDA 2002OIDA 2002）（光）（光 电发展委员会）电发展委员会） 20122012年，年，LEDLED光效达到光效达到150lm/w 150lm/w ； 20202020年，年，LEDLED光效达到光效达到200lm/w 200lm/w ； 日本日本“ “2121世纪照明世纪照明” ”发展计划中发展计划中 20102010年年LEDLED光效达到光效达到120lm/w 120lm/w 国内国内，20102010年年100lm/w100lm/w，20202020年年200lm/w 200lm/w * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED LED LED光源的基本特性光源的基本特性 （1 1）发光效率高）发光效率高 白炽灯、卤钨灯光效为白炽灯、卤钨灯光效为12-2412-24流明流明/ /瓦，荧光灯瓦，荧光灯50507070 流明流明/ /瓦，钠灯瓦，钠灯9090140140流明流明/ /瓦，大部分的耗电变成热量瓦，大部分的耗电变成热量 损耗。损耗。 LED LED光效达到达光效达到达5050200200流明流明/ /瓦，而且其光的单瓦，而且其光的单 色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。 （2 2）耗电量少）耗电量少 LED LED单管功率单管功率0.030.030.060.06瓦，采用直流驱动，单管驱瓦，采用直流驱动，单管驱 动电压动电压1.51.53.53.5伏，电流伏，电流15152020毫安毫安，反应速度快，可在反应速度快，可在 高频操作。高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡 的八分之一，荧光灯管的二分之一、就桥梁护栏灯例，的八分之一，荧光灯管的二分之一、就桥梁护栏灯例， 同样效果的一支日光灯同样效果的一支日光灯4040多瓦，而采用多瓦，而采用LEDLED每支的功率每支的功率 只有只有8 8瓦，而且可以七彩变化。瓦，而且可以七彩变化。 * ChongQing JiaoTong University 第一章第一章 LEDLED （3 3）使用寿命长）使用寿命长 采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光 衰减等缺点。而采用衰减等缺点。而采用LEDLED灯体积小、重量轻，环氧树脂灯体积小、重量轻，环氧树脂 封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均 寿命达寿命达1010万小时。万