LED基础培训讲义2011.4.12.ppt

LED基础培训讲义 浙江永光照明科技有限公司 王震2011 3 27 目录 一 LED概述二 LED基础知识三 LED封装简介四 LED优缺点五 LED应用范围六 LED使用注意事项七 LED发展前景 一 LED概述 LED是英文LightEmittingDiode的简称 中文译为 发光二极管 顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件 其核心部分是由p型半导体和n型半导体两个电极组成的半导体发光器件 在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层 称为p n结 在PN结中注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来 从而把电能直接转换为光能 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管 通称LED 当它处于正向工作状态时 电流从LED阳极流向阴极时 半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线 当然其发光的强弱与注入电流大小有关 二 LED基本知识 1 LED的构成第一个商用二极管产生于1960年 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料 置于一个有引线的架子上 然后四周用环氧树脂密封 起到保护内部芯线的作用 由此可见LED的抗震性能非常好 发光二极管是由 族化合物 如GaAs 砷化镓 GaP 磷化镓 GaAsP 磷砷化镓 等半导体 及电极和光学系统组成 其核心是PN结 LED因其颜色不同 而其化学成份不同 如红色 铝 铟 镓 磷化物绿色和蓝色 铟 镓 氮化物白色和其它色都是用RGB三基色按适当的比例混合而成的 二 LED基本知识 2 LED发光原理由于发光二极管是由 族化合物等半导体制成的 因此在一定条件下 它还具有发光特性 即当在电极上加上正向偏压之后 在正向电压下 电子由N区注入P区 空穴由P区注入N区 进入对方区域的少数载流子 少子 一部分与多数载流子 多子 复合时 就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能 如图所示 二 LED基本知识 3 V I特性 发光二极管具有一般P N结的I N特性 即正向导通 反向截止 击穿特性 其电压与电流的关系可用下图表示 二 LED基本知识 二 LED基本知识 4 LED的分类4 1 按发光二极管发光颜色分 可分成红色 橙色 绿色 又细分黄绿 标准绿和纯绿 蓝光 黄光 白光 又细分为冷白 暖白等 黄绿色 琥珀色等 另外 有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片 另直插LED根据出光处掺或不掺散射剂 有色还是无色 上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明 无色透明 有色散射和无色散射四种类型 散射型发光二极管和达于做指示灯用 二 LED基本知识 4 2 根据发光二极管结构类型划分 可分为贴片系列 LAMP系列 食人鱼系列 TOP系列 大功率系列 SMD系列 COB系列等 4 3 根据发光二极管功率划分 又分为小功率系列和大功率系列两类 4 4 根据发光二极管使用晶片数量可分为 单晶 多晶 又含双晶 三晶等 等 4 5 根据使用材料划分又含有陶瓷基座发光二极管 金属基座发光二极管 玻璃封装发光二极管 环氧树脂封装发光二极管 硅树脂封装发光二极管等等 永光照明公司主要生产的LED器件为TOP系列中的3528 5050小功率产品及1W大功率产品等 三 LED封装简介 1 发光二极管 LED 及应用产品图示如下 三 LED封装简介 三 LED封装简介 三 LED封装简介 2 LED发光二极管的组成材料 晶片 支架 银油 绝缘胶 金线 硅胶 环氧树脂 荧光粉 三 LED封装简介 3 封装物料介绍 三 LED封装简介 4 LED发光二极管的电学指标如下 正向电压VF LED正向电流在20mA 5mA 350mA 时的正向电压 正向电流IF 对于小功率LED目前全世界一致定为20mA 大功率芯片要依据芯片的规格来确定正向工作电流大小 反向漏电流IR 按LED以前的常规规定 指反向电压在5V时的反向漏电流 小功率反向漏电流一般定为VR 5V时 IR 10uA 大功率反向漏电流一般定为VR 5V时 IR 100uA 工作时的耗散功率PW 即正向电流乘以正向电压 三 LED封装简介 5 LED发光二极管的颜色表示法 5 1 色温 色温指的是光波在不同的能量下 人类眼睛所感受的颜色变化 在色温的计算上 是以Kelvin为单位 黑体幅射的0Kelvin 摄氏 273 做为计算的起点 将黑体加热 随着能量的提高 便会进入可见光的领域 即当光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时 黑体的这个温度就称为光源的颜色温度 简称色温 高色温称为冷色调 把低色温称为暖色调 大功率白光LED通常用此指标 三 LED封装简介 可见光领域的色温变化 由低色温至高色温是由橙红 白 蓝 光源色温不同 光色也不同 色温在3000k以下有温暖的感觉 能够达到稳重的气氛 色温3000k 5000k为中间色温 有爽快的感觉 色温在5000k以上有冷的感觉 5 2 色品图 用CIE1931色品图内的某点坐标方法表示颜色 白光LED通常用此指标 5 3 如下图色坐标和日常色温范围 三 LED封装简介 三 LED封装简介 三 LED封装简介 5 4 主波长 D 设F点为某一光源在色品图中的坐标 E点为理想等能量白光的参考光源点 在色品坐标中为 0 3 0 3 由E点连接F点并延伸交于G点 则G点对应的单色光波长即称为F点光源的主波长 为人眼所感受到的颜色 5 5 峰值波长 P 光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长 纯粹的物理量 5 6 中心波长 光谱发光强度或辐射功率出现主峰和次峰时 主峰半宽度的中心点所对应的波长 三 LED封装简介 5 7 色纯度Pe 由图4所示 Pe EF EG 如果某一光源在色品图中F点的坐标越靠近G点 那么EF和EG的长度就越接近相等 Pe越接近1 色纯度就越高 色纯度通俗地说是指出射光的色坐标越靠近CIR1931色品图上光谱轨迹的程度 靠得越近则纯度越高 所以 若坐标位于光谱轨道上 则色纯度为100 反之 等能的白光纯度则为0 5 8 半宽度 光谱发光强度或辐射功率最大处的一半的宽度 FWHM 简称 带宽 带宽越小则颜色越纯 四 LED优缺点 4 1 LED优势4 1 1 节能 一般节能灯可节能4 5 但LED比节能灯还要节能1 4 并有进一步提升的前景 这就是固体光源的优势 4 1 2 可组成各种颜色 如RGB等 LED可以搭配出可见光中的任何颜色从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明 4 1 3 环保LED在生产过程中不要添加 汞 也不需要充气 不需要玻璃外壳 抗冲击性好 抗震性好 不易破碎 便于运输 非常环保 被称为 绿色能源 4 1 4 寿命非常长普遍在5万 10万小时之间 因为LED是半导体器件 即使是频繁的开关 也不会影响到使用寿命 四 LED优缺点 4 1 5 LED元件的体积非常小更加便于各种设备的布置和设计 而且能够更好地实现夜景照明中 只见灯光不见光源 的效果 4 1 6 LED的发出的光线能量集中度很高LED的发出的光线能量集中在较小的波长窗口内 纯度高 4 1 7 LED响应时间非常快在微秒级别 只要开关一开 马上就会亮 不会出现延迟的和闪烁的现象4 1 8 LED的发光指向性非常强亮度衰减比传统光源低很多 4 1 9 LED使用低压直流电即可驱动具有负载小 干扰弱的优点 对使用环境要求较低 安全系数高 4 1 10 显色性高不会对人的眼睛造成伤害 4 2 LED的缺点4 2 1 每瓦的流明成本高 4 2 2 光效还没有荧光灯或HID高 4 2 3 需要驱动器驱动 不如白灯简单 4 2 4 普通民众对LED还不太熟悉 四 LED优缺点 五 LED应用范围 5 1 建筑物外观照明5 2 娱乐场所及舞台照明5 3 室内空间展示照明5 4 道路 景观照明 装饰等5 5 标识与指示性照明5 6 交通信号灯 视频屏幕5 7 手机 电脑等背光光源照明5 8 家电数码显示及指示5 9 汽车照明5 10 特种照明 如太阳能灯 舞台灯 舰船灯 应急照明灯 阅读台灯等使用LED灯具的比例也迅速提高 紫外消毒 医学 农业等新兴的应用市场也正在形成 六 LED使用注意事项 6 1 需做好防静电措施 LED产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施 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 同时也要保证车间的湿度在65 左右 以免空气过于干燥产生静电 尤其是绿色LED相对而言更容易被静电损坏 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 六 LED使用注意事项 6 1 LED的温度 要注意温度的升高会使LED内阻变小当外界环境温度升高后 LED光源内阻会减小 若使用稳压电源供电会造成LED工作电流升高 当超过其额定工作电流后 会影响LED产品的使用寿命 严重的将使LED光源 烧坏 因此最好选用恒流源供电 以保证LED的工作电流不受外界温度的影响 LED温度也是影响LED寿命的最重要的因素 固LED在使用过程中要特别注意散热设计 六 LED使用注意事项 6 3 LED产品的密封 不管是什么LED产品 只要应用于室外 都面临着防水 防潮的密封问题 如果处理不好就会直接影响LED产品的使用寿命 现在有少部分对产品质量要求比较高的生产厂家采用传统的环氧树脂 浇灌 的方法来密封LED产品 这种方法操作起来比较麻烦 对于体积较大的LED产品不是很适合 也会造成产品的重量增加 我司产品主要采用硅胶灌封 LED的电流不能超过LED的IF电流 过流的工作会使LED寿命很快下降 如果超出过来 就会马上把LED烧坏 六 LED使用注意事项 6 4 LED折脚注意 LED在弯脚或折脚时请不要离胶体太近 应与胶体保持2mm以上的距离 否则会使LED胶体里面支架与金线分离 管脚在同一处的折叠次数不能超过三次 管脚弯成90 再回到原位置为1次 6 5 焊接温度 焊接溫度在260 左右 時間控制在3S以內 焊接点离胶体底部在2 5mm以上 电络铁一定要接地 绝对不充许带电焊接LED 且LED最多允许过两次回流焊 LED作为绿色节能的照明产品 其技术日渐成熟 已经开始从指示 显示 装饰领域逐渐向普通照明领域迈进 随着其技术的不断完善 其发展前景将更为广阔 新世纪以来 国家大力推广LED产品 2003年 我国启动了 国家半导体照明工程 2009年又推出了 十城万盏 计划 推进LED的应用 有专家预测 到2015年 通过推广LED可实现年节电400亿千瓦时 相当于年减排二氧化碳4000万吨 而且目前我国LED产业链已经逐步完善 产业也初具规模 芯片的国产化