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发光二极管 LED 产品简介 目录 一 发光二极体 LED 简介二 LED主要制程及物料三 主要产品结构介绍四 LED主要光电参数简述五 LED优点 一LED简介 LED LightEmittingDiode 俗称发光二级体或发光二极管 它包含了可见光和不可见光 属于光电半导体的一类 在结构上包括P极与N极 是一种依靠半导体PN结发光的光电元件 它分为Lamp系列 Top系列 食人鱼系列 SMD系列 HighPower 大功率 系列 以Lamp来讲 它是由电子原材料 晶片 金线 支架 银胶或绝缘胶 封装材料 环氧树脂 色剂 扩散剂 以及辅助材料 模条 三大材料构成 定义 LED就是由电子材料 封装材料 辅助材料联结而成的一个发光的闭路电子元件 LED的五大物料与五大制程 LED主要发光电子物料 晶片 晶片的构成 由金垫 P极 N极 PN结 背金层构成 双pad晶片无背金层 晶片的分类 1 1按组成分 二元 如GaAs 砷化镓 GaP 磷化镓 等三元 InGaN 氮化铟镓 GaAlAs 砷化镓铝 GaAsP 磷化镓砷 等四元 AlGaInP 铝钾铟磷 AlGaInAs 铝钾磷砷 1 2按极性分 P N极晶片 正极性 N P极晶片 反极性 双电极 蓝 绿 紫光 1 3按发光类型分 表面发光型 光线大部分从晶片表面发出五面发光型 表面 侧面都有较多的光线射出1 4按发光颜色分 红 橙 黄 黄绿 纯绿 蓝绿 蓝 紫光1 5按晶片的大小尺寸分 8mil9mil10mil12mil 红 橙 黄 黄绿 12mil14mil 蓝 绿 紫光 1 6按功耗分 低功率 毫瓦级 中功率 百毫瓦级 高功率 大于1W 晶片之结构 晶片的结构四大结构P型层 N型层 基层 Substrate 与电极电极分上电极和下电极 电极材料部分有Al及Au依P型层及N型层的位置 分为两种P型层在上 则为正极性N型层在上 则为反极性基层一般为GaAs GaP 等 晶片的材质及其发光顏色 晶片发光原理 晶片是由P层半导体元素 N层半导体元素依靠电子移动而重新排列组合成的PN结合体 也正是这种变化使晶片能够处于一个相对稳定的状态 在晶片被一定的电压施加到正向电极时 P侧电极即注入电洞 N侧电极即注入电子 电洞在P区移动扩散 电子同时也是N区移动扩散 若电洞与电子的能量达到某定值以上时 则电洞即跨越P区 源源不断的游向N区 N区的电子同时也会跨越N区 向P区移动 电洞与电子在移动扩散时 电洞与电子两者将会互相结合 激发出光子 产生光能 光的三要素 顏色 COLOR HUE 表示光色彩的种类 彩度 CONTRAST 表示光同一色系色彩的深淺 亮度 BRIGHTNESS 表示光明暗的程度 光的种类 射线 X射线 远紫外线 近紫外线 可见光线 中紫外线 近红外线 中红外线 远红外线 10 3nm 1nm 10nm 100nm 280nm 315nm 380nm 780nm 1000nm 1 5 m 5 m 100 m 1mm 极超短波 紫外线区 红外线区 短波长 长波长 白色光 分成七色光谱 棱镜 化学线 由日照产生化学线作用引起 光 人眼所见电磁波范围 接近光性质 有大热能 电波 热线 热能也称为热波 380nm 430nm 490nm 505nm 515nm 535nm 585nm 600nm 630nm 780nm 紫色 Purple 蓝色 Blue 蓝绿色 BluishGreen 翠绿色 Green 纯绿色 PureGreen 黄绿色 YellowGreen 黄色 Yellow 橙色 Orange 琥珀色 Amber 红色 Red LED顏色區分 红橙黄绿蓝靛紫 为人眼可见光 是一般人类所能察觉光的波长 介于380 780nm之间 紫色光波以下的波长称为紫外线 大约介于100nm 380nm 红色光波以上的波长称为紅外线 大约介于780nm 1mm 发光二极管 LED 的顏色 彩度 亮度是由晶片所决定 白光LED简介 所谓白光是多种颜色混合而成的光 以人类眼睛所能见的白光形式至少须两种光混合 如二波长光 蓝色光 黄色光 或三波长光 蓝色光 绿色光 红色光 目前已商品化的产品仅有二波长蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉 在未来较被看好的是三波长光 以无机紫外光晶片加R G B三基色荧光粉 此外有机单层三波长型白光LED也有成本低 制作容易的优点 预计三波长白光LED今年有商品化的机机会 未来应用在取代荧光灯 紧凑型节能荧光灯泡及LCD背光源等市场 对白光LED的市场成长有很大的帮助自从出现发光二极管LED以来 人们一直在努力追求实现固体光源 随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和新型材料 氮化物晶体和荧光粉 的开发及应用 使发白色光的LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段 白光LED的出现 使高亮度LED应用领域跨足至高效率照明光源市场 曾经有人指出 高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后 最伟大的发明之一 白光LED简介 在技术方面白光LED目前主要分为两种发光方式 目前主要的商品化作法是日亚化学 Nichia 以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质 利用蓝光LED照射此一荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光 再利用透镜原理将互补的黄光 蓝光予以混合 便可得出肉眼所需的白光 目前在白光LED技术方面仍以日亚化学领先 拥有众多专利权 第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe 锌 硒 为材料的白光LED 不过发光效率较差 但由于目前白光LED市场热销 仍呈现供不应由求现象 3chips型 RedChip GreenChip BlueChip2chips型 BlueChip YellowChip1chip型 BlueChip Yellow荧光粉UVChip RGB荧光粉ZnSe 锌 硒 CIE座标图 白光产生的种类 固晶 焊线图 正极 负极 正极 负极 TCL沟道 二 主要产品结构介绍 LED晶片 用来产生反射效果 的杯状支架阴极 环氧树脂透镜 连接导线 金线 支架阳极 阴极支架短于阳极 胶体缺口表示阴极 LEDLamp结构介紹 导电银胶 支架 LeadFrame LAMP固晶焊线 利用固晶胶将晶片固定在支架上 然后焊上导线 金线 LED光电参数定义 一 顺向电压 ForwardVoltage 单位 V 红 黄 黄绿 Typ 2 0VMax 2 4V紫 蓝 绿 白 Typ 3 2VMax 4 0V测试条件 IF 20mATa 25 LED光电参数定义 二 发光颜色 波长 ColorHueWavelengthSpectrum 单位 nm a p 峰值波长 发光体或物体 经由反射或穿透 在分光仪上测量得的能量分布 其峰值位置对应的波長 称为 p peak b d 主波长 而 d dominant 是以人眼所见的可见光区 380 780nm 决定发光体或物体的光线主要落在什么波长 c 半波宽 PeakWavelength p 610nm 峰值波长 DominantWavelength d 624nm 主波长 22nm 半波宽 LED光电参数定义 三 发光强度 luminousIntensity 单位 cd Candla 或mcd 1cd 1000mcd 表示光源在一定方向范围內发出的光通量的大小 一般而言 光源的光线会向不同方向以不同强度放射出其光通量 在特定方向所放出的可见光的强度称为光强IV与IF成正比备注 当IF 驱动电流 达到一定值时 IV 发光强度 会呈现光输出饱和现象 LED光电参数定义 四 发光角度 半值角 2 1 2ViewingAngle LED为指向性元件 表示发光强度50 时的角度LED亮度与角度成反比 亮度相同的两颗LED 2 1 2愈大则Iv愈小全角 半值角 2 LED光电参数定义 五 色温 ColorTemperature 单位 绝对温度 Kelvin K 一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之 标准黑体 Blackbobyradiator 本身之绝对温度值 以量化光源的光色表现 根据MaxPlanck 普朗克 的理论 将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热 温度逐渐升高光度亦随之改变 CIE色座标上的黑体曲线 Blackbodylocus 显示黑体由红 橙红 黄 黄白 白 蓝白的过程 黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度 定义为该光源的相关色温度 此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点 标准黑体之温度越高 其辐射出之光线光谱中蓝色成份就越多 红色成份也就相对越少 反之 标准黑体之温度越低 其辐射出之光线光谱中的蓝色成份就越少 红色成份就越多 一个灯的光色可以简单的以色温来表示 以发出光色为暖白色之普通白炽灯泡为例 其色温为2700K 而一般日光灯之色温为6000K 光之色温主要可分成三大类 暖白色 3300K中间色 3300至8000K冷白色 8000K Planckcurve 标准黑体曲线 Blackbodylocus 三 LED产品的优点及应用 1 LED优点 寿命长 理论上为10万小时 一般大于5万小万 是荧光灯的10倍 发热量低 耗电量小 仅为白炽灯的1 8 荧光灯的1 3 体积小 重量轻 可封装成各种类型 坚固耐用 不怕震动 环氧树脂封装 防水 耐恶劣环境使用 多色显示 利用RGB可实现七彩色显示 工作溫度稳定性好 响应时间快 一般为毫微秒 ns 级 冷光 不是热光源 电压低 可以用太阳能电池作电源 LED应用简介 由于超高亮度LED具有非常广泛的用途 特别是白光LED的出现 给应用面带来更丰富的内容 目前国内有几百个单位在开发 生产超高亮度LED的各种应用 热点应用主要包括以下几个主要方面 亮化工程景观 装饰灯作为一种冷光源 LED照明灯具有绿色环保 节能 色彩绚丽等传统光源不可比拟的优点 目前 LED轮廓灯 LED护栏灯 LED灯带 LED灯泡等被广泛应用于桥梁 大厦广场 标志物 仿古建筑 招牌广告等轮廓勾勒以及立交桥护栏 危险路段 警戒标志及其高楼轮廓 庭院护栏等场所 对美化城市 塑造景观有重要作用白光照明 已开始从小功率白光LED灯用起 如安全照明灯 显微镜灯 白光背光源 手电筒 太阳能灯 特种白光照明等 并逐步向白光照明迈进 将是取代白炽灯 钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品大 中 小屏幕显示器 各种广告牌 体育记分牌 金融和交通指示牌等 分为全色 三色 单色显示屏 全国共有100多个单位在开发生产 现已成立LED显示屏分会 2002年全国市场超过20亿元 几乎全部采用国产显示屏 交通信号灯 主要用超高亮度红 绿 黄色LED 因为采用LED信号灯既节能 可靠性又高 所以在全国范围内 交通信号灯正在逐步更新换代 而且推广的速度很快 市场需求量很大 汽车用灯 包含汽车内部的仪表板