LED灯珠设计.应用.检测.维护资料大全

光是什么 光是电磁波 可见光是波长为 400 700 纳米的电磁波 小于 400 纳米的电磁波为紫外线 如 X 射线 大于 700 纳米的电磁波为 红外线 如微波 广播无线电波 波长单位为纳米 相当于十亿分 之一米 LED 是什么 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 LED 为何节能 高亮度单色光的 LED 已经在市场上取得了进展 尽管它们 与传统的灯泡相比更加昂贵 但是它们的优点完全可以抵消其较高 的价格 即它具有更高的性价比 首先 一个红色 LED 发光达到某 个亮度时所需消耗的能量是 15 瓦 而传统的灯泡要达到同等量度则 要消耗高达 150 瓦的能量 另外据科学家们测定 LED 通电发光时 有 10 的电能可以转化成光能 而白炽灯泡的转化效率只有 7 8 由此可见 要达到同等的照明效果 LED 灯比白炽灯节能是显而易 见的了 LED 为何寿命长 白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的 经 过相当长时间的加热 钨丝就会老化甚至烧断 至此 白炽灯泡的 寿命也就此告终了 而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组 成结构决定的 二极管主要由 PN 结晶片 电极和光学系统组成 当在电极上加上正向偏压之后 使电子和空穴分别注入 P 区和 N 区 当非平衡少数载流子和多数载流子复合时 就会以辐射光子的形 式将多余的能量转化为光能 其发光过程包括三个部分 正向偏压 下的载流子注入 复合辐射和光能传输 由此可见二极管主要是靠 载流子的不断移动而发光的 不存在老化和烧断的现象 其特殊的 发光机理决定了它的发光寿命长达 5 10 万个小时 LED 光源的特点 1 电压 LED 使用低压电源 供电电压在 1 8 3 6V 之间 根 据产品不同而异 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源 特别适用于公共场所 2 效能 消耗能量较同光效 的白炽灯减少 80 3 稳定性 理论上可以点亮 10 万小时 4 光衰 随着科技的进步 光衰越来越小 现在普通 LED 灯 在一千小时以内的光衰已经可以真正控制在 5 以内 即使超 过一千小时以后 光衰也很小 5 环保 无辐射 无 污染 真真正正的环保材料 出口时 LED 产品一般免检 LED 芯片的尺寸常识 按外形分类 芯片一般分为圆片和方片 其中圆片相对较低档 性能不够稳定 我司一般不采用圆片生产的 LED 方片一 般以尺寸大小来衡量 比如 12 mil 1 mil 0 0254 平方毫米 一般来说 同一品牌的芯片 芯片尺寸越大 亮度越高 我司 最常采用的 LED 灯珠 红光和黄光一般在 9 12mil 白 蓝 绿光一般都在 12 14mil 这也是市面上最常用的芯片 如 果用更大的芯片 亮度虽然可以提高不少 但是芯片价格大幅 度提高 这就是为什么大尺寸芯片很少有人采用的原因 LED 的颜色常识 LED 的不同颜色是由其不同波长的芯片决定的 比如 红光 芯片一般波长是 620 630nm 纳米 绿光芯片一般波长是 527nm 蓝光芯片的一般波长是 470nm 黄光芯片的一般波长 是 585nm 白光 LED 用的也是蓝光芯片 只是在蓝光芯片上 加上适量的的荧光粉就发出白光了 LED 的分类 按功率大小分 可分为小功率 大功率 行业上一般把 0 5W 以上的灯叫做大功率灯 按外形分 可分为直插式和贴片式 草帽 LED 又可以按灯头的尺寸细分为 F3 灯头的直径是 3mm F5 灯头的直径是 5mm 或按灯头的形状细分为无边 薄边 厚边 圆头 按灯头透明 与否可分为透明 雾状 大功率大功率 LEDLED 一般按功率区分一般按功率区分 常见的有常见的有 0 5W 0 5W 1W 1W 3W 3W 5W 5W 8W 8W LED 的芯片 chip 数量常识 同一个 LED 灯 最常见的是只采用一个芯片 但物殊情况下 可以用两个甚至达到四个芯片 如 一个草帽灯可以用一至两 个芯片 考虑到其体积较小 散热不方便导致性能不稳定 一 般只采用一两个芯片 一个灯可以用一 二 三 四个芯片 最常用到的是一个和两个芯片 贴片 3528 灯可以用一 二 三个芯片 常用一 二个芯片 贴片 5050 5060 一般用到 三个芯片 特别说明 贴片灯用三个芯片时 有两种情形 1 三个芯片的颜色完全相同 2 三个芯片分别是红 绿 蓝色 即我们常说的 RGB 灯 LED 的发光角度 viewing angle 常识 直插式 LED 最 常见的发光角度是 120 度 特殊的可以做到 45 度 或者 15 度 我司常用的直插式 LED 一般是 120 度 硅胶灯条采用的是 45 度 贴片式 LED 一般发光角度为 120 度 LED 的电压 voltage 常识 单个小功率 LED 灯 颜色不同 其要求的电压也不同 红 黄 一般为 1 8 2 1 伏 白 绿 蓝 一般为 3 0 3 6 伏 1W 大功 率灯要求的电压与以上相同 LED 的电流 current 常识 1 小功率的 LED 灯 包括插件式或者贴片式 每个芯片 上允许通过的电流一般不要高于 20 毫安 每个双芯片灯上允 许通过的电流一般不高于 40 毫安 同理每个三芯片灯不要高 于 60 毫安 2 大功率 LED 我司已采用的是 1W 其允许通过的最大 电流为 150 毫安 LED 的亮度 intensity 常识 烛光 国际烛光 坎德拉 candela 的定义 在每平方米 101325 牛顿的标准大气压下 面积等于 1 60 平方 厘米的绝对 黑体 即能够吸收全部外来光线而毫无反射的 理想物体 在纯铂 Pt 凝固温度 约 2042K 获 1769 时 沿垂直方向的发光强度为 1 坎德拉 并且 烛光 国际 烛光 坎德拉 三个概念是有区别的 不宜等同 从数量上看 60 坎德拉等于 58 8 国际烛光 亥夫纳灯的 1 烛光 等于 0 885 国际烛光或 0 919 坎德拉 发光强度与光亮度 发光强度简称光强 国际单位是 candela 坎德拉 简写 cd Lcd 是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量 光源辐射是均匀时 则光强为 I F 为立体角 单位为 球面度 sr F 为光通量 单位是流明 对于点光源由 I F 4 光亮度是表示发光面明亮程度的 指发光表面在指定方向的 发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比 单位是坎 德拉 平方米 对于一个漫散射面 尽管各个方向的光强和光 通量不同 但各个方向的亮度都是相等的 电视机的荧光屏就 是近似于这样的漫散射面 所以从各个方向上观看图像 都有 相同的亮度感 mcd 值 Mcd 值是行业内一种不规范的叫法 各个厂家因为测试仪器的 不同 对同一产品实测出来的 mcd 值也不尽相同 LED 专业术语解释 LED 色温 colo u r temperature 常识 色温是表示光源光谱质量最通用的指标 以绝对温度 K 来 表示 即将一标准黑体加热 温度升高到一定程度时颜色开始由深 红 浅红 橙黄 白 蓝 逐渐改变 某光源与黑体的颜色相同时 我们 将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温 即按绝对黑体来定义的 光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时 此时黑体的 温度就称此光源的色温 低色温光源的特征是能量分布中 红辐射 相对说要多些 通常称为 暖光 色温提高后 能量分布中 蓝 辐射的比例增加 通常称为 冷光 一些常用光源的色温为 标准 烛光为 1930K 不同光源环境的相关色温度 光源 色温 北方晴空 8000 8500k 阴天 6500 7500k 夏日正午阳光 5500k 金属卤化物灯 4000 4600k 下午日光 4000k 冷色营光灯 4000 5000k 高压汞灯 3450 3750k 暖色营光灯 2500 3000k 卤素灯 3000k 钨丝灯 2700k 高压钠灯 1950 2250k 蜡烛光 2000k 光源色温不同 光色也不同 色温在 3300K 以下 光色偏红给以温暖的感觉 有稳重的气 氛 温暖的感觉 色温在 3000 6000K 为中间 人在此色调下无特别明显的视觉 心理效果 有爽快的感觉 故称为 中性 色温 色温超过 6000K 光色偏蓝 给人以清冷的感觉 a 色温与亮度 高色温光源照射下 如亮度不高则给人们有一 种阴气的气氛 低色温光源照射下 亮度过高会给人们有一种 闷热感觉 b 光色的对比 在同一空间使用两种光色差很大的光源 其对 比将会出现层次效果 光色对比大时 在获得亮度层次的同时 又可获得光色的层次 采用低色温光源照射 能使红色更鲜艳 采用中色温光源照射 使蓝色具有清凉感 采用高色温光源照射 使物体有冷的感觉 T8 灯管 LED 相当 于普通荧光灯管 6w 15w 8w 20w 9w 25w 15w 30w 18w 35w 20w 40w Led 球泡灯 相当 于普通白炽灯 1w 10w 3w 25w 5w 40w 7w 60w Led 射灯 相当 于普通白炽灯 3w 25w 5w 40w 7w 60w 12w 90w 显 色 性 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性 也就是颜色逼真 的程度 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 太阳光 照明时颜色的偏离 能较全面反映 光源的颜色特性 显色性高的光源对颜色表现较好 我们所见 到的颜色也就接近自然色 显色性低的光源对颜色表现较差 我们所见到的颜色偏差也较大 国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 各类光源的 显色指数各不相同 如 高压钠灯显色指数 Ra 23 荧光灯管显色指数 Ra 60 90 显色分两种 忠实显色 能正确表现物质本来的颜色需使 用显色指数 Ra 高的光源 其数值接近 100 显色性最好 效 果显色 要鲜明地强调特定色彩 表现美的生活可以利用加色 法来加强显色效果 光 效 衡量光源节能的重要指标 就 是光源发出的光通量除以光源所消耗的功率 单位 流明 瓦 lm w 标准光源 我们知道 照明光源对物体的颜色影响 很大 不同的光源 有着各自的光谱能量分布及颜色 在它们 的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化 为了统一对颜色的 认识 首先必须要规定标准的照明光源 因为光源的颜色与光 源的色温密切相关 所以 CIE 规定了四种标准照明体的色温 标 标准照明体 A 代表完全辐射体在 2856K 发出的光 X0 109 87 Y0 100 00 Z0 35 59 标准照明体 B 代表相关色温约为 4874K 的直射阳光 X0 99 09 Y0 100 00 Z0 85 32 标准照明体 C 代表相关色温大约为 6774K 的平均日光 光色近似阴天天空的日光 X0 98 07 Y0 100 00 Z0 118 18 标准照明体 D65 代表相关色温大约为 6504K 的日光 X0 95 05 Y0 100 00 Z0 108 91 标准照明体 D 代表标准照明体 D65 以外的其它日光 CIE 规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布 是规定 的光源颜色标准 它并不是必须由一个光源直接提供 也并不 一定用某一光源来实现 为了实现 CIE 规定的标准照明体的 要求 还必须规定标准光源 以具体实现标准照明体所要求的 光谱能量分布 CIE 推荐下列人造光源来实现标准照明体的规 定 标准光源 A 色温为 2856K 的充气螺旋钨丝灯 其光色 偏黄 标准光源 B 色温为 4874K 由 A 光源加罩 B 型 D G 液 体滤光器组成 光色相当 于中午日光 标准光源 C 色温为 6774K 由 A 光源加罩 C 型 D G 液 体滤光器组成 光色相当 于有云的天空光 CIE 标准照明体 A B C 由标准光源 A B C 实现 但 对于模拟典型日光的标准照明体 D65 目前 CIE 还没有推荐 相应的标准光源 因为它的光谱能量分布在目前还不能由真实 的光源准确地实现 当前国际上正在进行着与标准照明体 D65 相对应的标准光源的研制工作 现在研制的三种模拟 D65 人造光源分别为 带滤光器的 高压氙弧灯 带滤光器的白炽灯和荧光灯 它们的相对光谱能 量分布与 D65 有所符合 带滤光器的高压氙弧灯提供了最好 的模拟 带滤光器的白炽灯在紫外区的模拟尚不太理想 荧光 灯的模拟较差 为了满足精细辨色生产活动的需要 还有采用 荧光灯和带滤器的白炽灯组成的混光光源 称为 D75 光源 其色温可达 7500K 主要运用在原棉评级等精细辨色工作中 Lab 模式 Lab 模式是一般人较为陌生的色彩模式 这个模式的色彩 定义是由国际照明委员会 CIE 所制定的 也是目前所有模式 中涵盖色彩范围最广的模式 它的特色是对色彩的描述完全采 用数学方式 与系统及设备无关 因此它可以无偏差地在系统 与平台间进行转换 Lab 模式是以一个亮度分量 L Lightness 范围是 0 100 以及两个颜色分量 a 与 b 来表示颜色 a 分量是由绿色 演变到红色 范围是 120 120 而 b 分量则是由蓝色演变 到黄色 范围是 120 120 LED 主要参数与特性 LED 是利用化合物材料制成 pn 结的光电器件 它具备 pn 结结型器件的电学特性 I V 特性 C V 特性和光学特性 光 谱响应特性 发光光强指向特性 时间特性以及热学特性 1 LED 电学特性 1 1 I V 特性 表征 LED 芯片 pn 结制备性能主要参数 LED 的 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 如左图 1 正向死区 图 oa 或 oa 段 a 点对于 V0 为开启电压 当 V Va 外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电 场 此时 R 很大 开启电压对于不同 LED 其值不同 GaAs 为 1V 红色 GaAsP 为 1 2V GaP 为 1 8V GaN 为 2 5V 2 正向工作区 电流 IF 与外加电压呈指数关系 IF IS e qVF KT 1 IS 为反向饱 和电流 V 0 时 V VF 的正向工作区 IF 随 VF 指数上 升 IF IS e qVF KT 3 反向死区 V 0 时 pn 结加反偏压 V VR 时 反向漏电流 IR V 5V 时 GaP 为 0V GaN 为 10uA 4 反向击穿区 V VR VR 称为反向击穿电压 VR 电 压对应 IR 为反向漏电流 当反向偏压一直增加使 V VR 时 则出现 IR 突然增加而出现击穿现象 由于所用化合物材料 种类不同 各种 LED 的反向击穿电压 VR 也不同 1 2 C V 特性 鉴于 LED 的芯片有 9 9mil 250 250um 10 10mil11 11mil 280 280um 12 12mil 300 300um 故 pn 结面积大小不一 使其结电容 零偏压 C n pf 左右 C V 特性呈二次函数关系 如图 2 由 1MHZ 交流信号用 C V 特性测试仪测得 1 3 最大允许功耗 PF m 当流过 LED 的电流为 IF 管压降为 UF 则功率消耗为 P UF IF LED 工作时 外加偏压 偏流一定促使载流子复 合发出光 还有一部分变为热 使结温升高 若结温为 Tj 外部环境温度为 Ta 则当 Tj Ta 时 内部热量借助管座向外 传热 散逸热量 功率 可表示为 P KT Tj Ta 1 4 响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢 现有 几种显示 LCD 液晶显示 约 10 3 10 5S CRT PDP LED 都 达到 10 6 10 7S us 级 响应时间从使用角度来看 就是 LED 点亮与熄灭所延迟的 时间 即图中 tr tf 图中 t0 值很小 可忽略 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 的点亮时间 上升时间 tr 是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 下降时间 tf 是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 如 GaAs GaAsP GaAlAs 其响应时间 10 9S GaP 为 10 7 S 因此它们可用在 10 100MHZ 高频系统 LED 光学特性发光二极管有红外 非可见 与可见光两个 系列 前者可用辐射度 后者可用光度学来量度其光学特 性 发光法向光强及其角分布 发光强度 法向光强 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 LED 发光强度或光功率输出随着波长变化而不同 绘成一 条分布曲线 光谱分布曲线 当此曲线确定之后 器件 的有关主波长 纯度等相关色度学参数亦随之而定 LED 的光谱分布与制备所用化合物半导体种类 性质及 pn 结结构 外延层厚度 掺杂杂质 等有关 而与器件的几 何形状 封装方式无关 无论什幺材料制成的 LED 都 有一个相对光强度最强处 光输出最大 与之相对应有 一个波长 此波长叫峰值波长 用 p 表示 只有单色光 才有 p 波长 谱线宽度 在 LED 谱线的峰值两侧 处 存在两个光 强等于峰值 最大光强度 一半的点 此两点分别对应 p p 之间宽度叫谱线宽度 也称半功率宽 度或半高宽度 半高宽度反映谱线宽窄 即 LED 单色性 的参数 LED 半宽小于 40 nm 主波长 有的 LED 发光不单是单一色 即不仅有一个峰值 波长 甚至有多个峰值 并非单色光 为此描述 LED 色度 特性而引入主波长 主波长就是人眼所能观察到的 由 LED 发出主要单色光的波长 单色性越好 则 p 也就是 主波长 如 GaP 材料可发出多个峰值波长 而主波长只有一个 它 会随着 LED 长期工作 结温升高而主波长偏向长波 光通量 光通量 F 是表征 LED 总光输出的辐射能量 它标 志器件的性能优劣 F 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 目前单色 LED 的光通量 最大约 1 lm 白光 LED 的 F 1 5 1 8 lm 小芯片 对 于 1mm 1mm 的功率级芯片制成白光 LED 其 F 18 lm 2 4 发光效率和视觉灵敏度 LED 效率有内部效率 pn 结附近由电能转化 成光能的效率 与外部效率 辐射到外部的 效率 前者只是用来分析和评价芯片优劣 的特性 LED 光电最重要的特性是用辐 射出光能量 发光量 与输入电能之比 即 发光效率 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量 人的视觉灵敏度在 555nm 处有一个最 大值 680 lm w 若视觉灵敏度记为 K 则 发光能量 P 与可见光通量 F 之间关系为 P P d F K P d 发光效率 量子效率 发射的光子 数 pn 结载流子数 e hcI P d 若输入能量为 W UI 则发光能量效率 P P W 若光子能量 hc ev 则 P 则总光通 F F P P K PW 式中 K F P 流明效率 LED 的光通量 F 外加耗电功 率 W K P 它是评价具有外封装 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 以下列出几种常见 LED 流明效率 可见光发光效率 LED 发光颜色 p nm 材料 可见光发光效率 lm w 外量子效率 最高值 平均值 红光 700660650 GaP Zn OGaAlAsGaAsP 2 40 270 38 120 50 5 1 30 30 2 黄光 590 GaP N N 0 45 0 1 绿光 555 GaP N 4 2 0 7 0 015 0 15 蓝光 465 GaN 10 白光 谱带 GaN YAG 小芯片 1 6 大芯片 18 品质优良的 LED 要求向外辐射的光能量大 向外发 出的光尽可能多 即外部效率要高 事实上 LED 向外发光 仅是内部发光的一部分 总的发光效率应为 i c e 式中 i 向为 p n 结区少子注入效率 c 为在势垒区少子与多子复合效率 e 为外部出光 光取出效率 效率 由于 LED 材料折射率很高 i 3 6 当芯片发出光 在晶体材料与空气界面时 无环氧封装 若垂直入射 被 空气反射 反射率为 n1 1 2 n1 1 2 0 32 反射出 的占 32 鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收 于是大 大降低了外部出光效率 为了进一步提高外部出光效率 e 可采取以下措施 1 用折射率较高的透明材料 环氧树脂 n 1 55 并不理 想 覆盖在芯片表面 2 把芯片晶体表面加工成半球形 3 用 Eg 大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收 有人曾经用 n 2 4 2 6 的低熔点玻璃 成分 As S Se Br I 且热塑性大的作封帽 可使红外 GaAs GaAsP GaAlAs 的 LED 效率提高 4 6 倍 发光亮度 亮度是 LED 发旋光性能又一重要参数 具有很强方向 性 其正法线方向的亮度 BO IO A 指定某方向上发 光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位 立体角内所辐射的光通量 单位为 cd m2 或 Nit 若光源表面是理想漫反射面 亮度 BO 与方向无关为常 数 晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为 7000Nit 尼特 从地面看太阳表面亮度约为 14 108Nit LED 亮度与外加电流密度有关 一般的 LED JO 电流 密度 增加 BO 也近似增大 另外 亮度还与环境温度 有关 环境温度升高 c 复合效率 下降 BO 减 小 当环境温度不变 电流增大足以引起 pn 结结温升 高 温升后 亮度呈饱和状态 寿命 老化 LED 发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰 减现象 器件老化程度与外加恒流源的大小有关 可 描述为 Bt BO e t Bt 为 t 时间后的亮度 BO 为 初始亮度 通常把亮度降到 Bt 1 2BO 所经历的时间 t 称为二极管 的寿命 测定 t 要花很长的时间 通常以推算求得寿 命 测量方法 给 LED 通以一定恒流源 点燃 103 104 小时后 先后测得 BO Bt 1000 10000 代入 Bt BO e t 求出 再把 Bt 1 2BO 代入 可求出 寿命 t 长期以来总认为 LED 寿命为 106 小时 这是指单个 LED 在 IF 20mA 下 随着功率型 LED 开发应用 国外 学者认为以 LED 的光衰减百分比数值作为寿命的依据 如 LED 的光衰减为原来 35 寿命 6000h 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 IF 10mA 或者 10 20 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 Tg 0 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 LED 适用 范围及寿命 LED 是由超导发光晶体产生的超高强 度的灯光 他发出的热量很少 不象白炽光那样浪费 太多热量 不象荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒 气体 也不象霓虹灯那样要求高电压而容易损坏 已 祓全球公认为一代环保高科技产品 LED 系列可 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 鼠标 信号传输应用光源 每天使用 12 小时 每年使用 365 天 它可以使用 20 多年 它是将电能转换成光能在最有效方式 12V 24VDC 低电压高光效能 比传统霓虹灯节省电力到 少 80 以上 绝对安全可靠 节省高耗的电力 电费 增加获 利 提升您的市场竞争力 它改变了白炽灯钨丝发光与 节能灯三基色粉发光的原理 而采用电场发光 据分析 LED 的特点非常明显 寿命长 光效高 无辐射与低功耗 LED 的 光谱几乎全部集中于可见光频段 其发光效率可达 80 90 记者还将 LED 与普通白炽灯 螺旋节能灯及 T5 三基色荧光灯 做了一番比较 结果显示 普通白炽灯的光效为 12lm W 寿 命小于 2000 小时 螺旋节能灯的光效为 60lm W 寿命小于 8000 小时 T5 荧光灯则为 96lm W 寿命大约为 10000 小时 而直径为 5 毫米的白光 LED 为 20 28lm W 寿命可大于 100000 小时 有人还预测 未来的 LED 光源有哪些优点 LED 作为一个发光器件 之所以 备受人们关注 是有其较其他发光器件优越的方面 归纳起来 LED 有下列一些优点 1 工作寿命长 LED 作为一种导体固体发光器件 较之 其他发光器具有更长的工作寿命 其亮度半衰期通常可达 到十万小时 如用 LED 替代传统的汽车用灯 那么它的寿 命将远大于汽车本体的寿命 具有终身不用修理与更换的 特点 2 耗电低 LED 是一种低压工作器件 因此在同等亮度下 耗电最小 可大量降低能耗 相反 随着今后工艺和材 料的发展 将具有更高的发光效率 人们作过计算 假如 日本的照明灯具全部用 LED 替代 则可减少二座大型电厂 从而对环境保护十分有利 3 响应时间快 LED 一般可在几十毫秒 ns 内响应 因 此是一种告诉器件 这也是其他光源望尘莫及的 采用 LED 制作汽车的高位刹车灯在高速状态下 大提高了汽车的安 全性 4 体积小 重量轻 耐抗击 这是半导体固体器件的 固有特点 彩 LED 可制作各类清晰精致的显示器件 5 易于调光 调色 可控性大 LED 作为一种发光器件 可以通过流过电流的变化控制亮度 也可通过不同波长 LED 的配置实现色彩的变化与调节 因此用 LED 组成的光源或 显示屏 易于通过电子控制来达到各种应用的需要 与 IC 电脑在兼容性无比毫困难 另外 LED 光源的应用原则上不 受窨的限制 可塑性极强 可以任意延伸 实现积木式拼 装 目前大屏幕的彩色显示屏非 LED 莫属 6 用 LED 制作的光源不存在诸如水银 铅等环境污染物 不会污染环境 因此人们将 LED 光源称为 绿色 光源是受之无 愧的 大功率 LED 灯珠的规格可以从以下五个方面去归类 一 功率 单颗晶片 LED 封装功率通常在 1 3W 多颗晶片 LED 封装功率在 5 300W 甚至更高 二 外形 单颗晶片 LED 封装主流外形有 8 仿流明 3535 仿 CREE 等 多颗晶片 LED 封装外形有集成 COB 等 三 材料 指的是 LED 灯珠的邦定基板 目前主要有铜 铝 陶瓷三种结构 四 颜色 指的是 LED 灯珠的发光颜色 分为白光 红光 黄光 蓝光 绿光等 五 光效 指的是 LED 灯珠的发光效率 各种颜色的发光效 率均不同 其中白光最高 国外的大牌子国外的大牌子 日本日亚日本日亚 Nichia 德国德国欧司朗 欧司朗 美国的有美国美国的有美国 飞利浦飞利浦 LUMILEDS 科瑞科瑞 普瑞等 台湾的光宏普瑞等 台湾的光宏 统佳统佳 晶元便宜一些晶元便宜一些 深圳有亿量光电深圳有亿量光电 红绿蓝光电 源磊科技红绿蓝光电 源磊科技 灏天光电灏天光电 天电光电天电光电 灏天光电灏天光电 格天光电格天光电 量子光电量子光电科技有限公司科技有限公司 东莞市中之东莞市中之 东莞统佳东莞统佳 统统 佳佳 TOGIATOGIA 光电科技有限公司 广州鸿利光电 光电科技有限公司 广州鸿利光电 厂家很多 但因各厂家技术积累 管理优劣 资金实力 诚信度等各方面大不相同 所以 买家要睁大眼睛挑选 根据本人经验 应从以下几个方面挑选 1 公司资金实力 2 公司技术实力 3 生产大功率的时间 4 一个月产能与产量 5 具体的价格 参数等 6 主要市场 客户群 大功率 LED 灯珠 根据什么参数确认性能 怎检测 选购 LED 要考虑的主要参数 光通量 色温 正向电压 最大使用电流 热 阻 显色指数 抗静电能力以及批量出货时的分批是否严格等 为什么大功率 LED 灯很烫 A 电能在转化成光能的同时 总有一部分转化成了热能 而一般指示用 LED 包括高发白也都工作在小电流的条件下 大功率 LED 工作电流比指示用 LED 高很多 转化的热能也就高很多 所以发烫 如果一直如此或与别的同等环境 条件下的工作对比是一样发烫的 属于正常 而电能如果能全部转化成光能的 话那就成理想元件了 大功率 LED 流明值如何计算 流明不是计算出来的 是用仪器测量出来的 通常用亮度仪 它的辐射 亮度响应同人眼的辐射 亮度响应几乎完全一致 或者测出辐射光谱 然后乘上人眼视觉 亮度 系数 即人眼的辐射 亮度响应系 数 流明是亮度单位 所以测光源 灯 的亮度应该用亮度仪测量 照度单位是每平方米中的流明 所以亮度用照度计测 不妥 如果测光源照射 下 某一处的亮度 用照度计 对蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光对蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光 LED 方法的流明效率进行了方法的流明效率进行了 理论计算 根据光度学原理理论计算 根据光度学原理 我们考虑到视觉函数我们考虑到视觉函数 V 的修正的修正 以色以色 坐标为坐标为 x 0 325 y 0 332 显色指数为显色指数为 81 5 色温为色温为 5914K 的白光的白光 LED 发光光谱为依据发光光谱为依据 计算了白光计算了白光 LED 流明效率的理论极限流明效率的理论极限 得出每瓦白得出每瓦白 光光 LED 辐射光功率产生的光通量为辐射光功率产生的光通量为 298 7lm 白光白光 LED 发射的总光发射的总光 子数为子数为 2 7 1018 在理想情况下 在理想情况下 注入一个电子注入一个电子 2 孔穴对产生一个孔穴对产生一个 蓝光光子蓝光光子 设荧光粉的量子效率为设荧光粉的量子效率为 1 因此因此 注入的电子注入的电子 2 孔穴对数亦等孔穴对数亦等 于白光光子数于白光光子数 进而计算出白光进而计算出白光 LED 每辐射每辐射 1W 的光功率所需的电的光功率所需的电 功率为功率为 1 51W 上述白光上述白光 LED 发光光谱对应的白光发光光谱对应的白光 LED 的电的电 2 光转光转 换的理论极限流明效率为换的理论极限流明效率为 197 8lm W 如何计算 LED 的功率 功率与流明 Lumen 与寿命在 LED 的使 用有如钨丝电光源的同等关系吗 LED 的光衰原因何在 有哪些因 素会造成 LED 的光衰 一般一般 LED 的生产厂家会给出电流和的生产厂家会给出电流和 VF 的规格书 由的规格书 由 P UI 通过 通过 量测量测 LED 两端电压和通过两端电压和通过 LED 的电流就可得到消耗功率 撇开驱的电流就可得到消耗功率 撇开驱 动电路的寿命 动电路的寿命 LED 的寿命很大程度决定于流明光衰率 一般定义的寿命很大程度决定于流明光衰率 一般定义 为当为当 LED 光衰到初始光通量的百分之七十 光衰到初始光通量的百分之七十 L70 LED 的光衰主要决定原因是的光衰主要决定原因是温度温度 其次是 其次是通过电流的纹波系数通过电流的纹波系数 因而光衰的原因和因而光衰的原因和使用环境使用环境 LED 的封装 的封装 驱动电路及周边散热设驱动电路及周边散热设 计计都有关系 都有关系 1 单个 单个 led 灯珠的流明效率与用灯珠的流明效率与用 LED 灯珠作光源构成的灯灯珠作光源构成的灯 具的流明效率有什么异同具的流明效率有什么异同 针对某一个特定的针对某一个特定的 LED 灯珠灯珠 加上规定的正向偏置加上规定的正向偏置 例如例如 加上加上 IF 20mA 正向电流后正向电流后 对对 应的应的 VF 3 4V 测得的辐射光测得的辐射光 通量通量 1 2lm 则这个则这个 LED 的流明效率为的流明效率为 1 2lm 1000 3 4V 20mA 1200 68 17 6lm W 显然显然 对对 于单个于单个 LED 如施加的电功率如施加的电功率 Pe VF IF 那么在这个功率下测那么在这个功率下测 得的辐射光通得的辐射光通 量折算为每瓦的流明值即为单个量折算为每瓦的流明值即为单个 LED 灯珠的流明效灯珠的流明效 率 率 但是但是 作为一个灯具作为一个灯具 不论不论 LED PN 结上实际加上的功率结上实际加上的功率 VF IF 是多少是多少 灯具的电功率总灯具的电功率总 是灯具输入端口送入的电功率是灯具输入端口送入的电功率 它包括了电源部分它包括了电源部分 如稳压器 稳流源 交流整流成直流电如稳压器 稳流源 交流整流成直流电 源部分源部分 等等 所消耗的功率 灯具中所消耗的功率 灯具中 驱动电路的存在使它的流明效率比测驱动电路的存在使它的流明效率比测 试单个试单个 LED 的流明的流明 效率要下降 电路损耗越大效率要下降 电路损耗越大 流明效率越低流明效率越低 因此因此 寻找一种高效率的寻找一种高效率的 LED 驱动电路就显得驱动电路就显得 极为重要 极为重要 2 为什么一只蓝光 为什么一只蓝光 LED 灯珠在涂上特殊的荧光粉构成的白灯珠在涂上特殊的荧光粉构成的白 光光 LED 灯珠后灯珠后 其辐射光通量其辐射光通量 会比蓝光高出几倍甚至十几倍会比蓝光高出几倍甚至十几倍 从前面我们已经知道白光从前面我们已经知道白光 LED 灯珠是用什么方法制造出来灯珠是用什么方法制造出来 的的 其中一种方法是在发蓝光其中一种方法是在发蓝光 的的 LED 芯片上涂上一层芯片上涂上一层 YAG 荧光荧光 粉粉 部分蓝光光子激发部分蓝光光子激发 YAG 荧光粉荧光粉 形成光电转换形成光电转换 荧光粉被荧光粉被 激激 发产生黄光光子发产生黄光光子 蓝色光与黄色光混合变成白色光蓝色光与黄色光混合变成白色光 成为白光成为白光 LED 这种通过光 这种通过光 光转换后光转换后 不同波长的光的混合不同波长的光的混合 会使它的波谱会使它的波谱 变宽变宽 白光白光 LED 一般具有比一般具有比 LED 蓝光波谱宽得多的波谱 蓝光波谱宽得多的波谱 对于用对于用 蓝光芯片加蓝光芯片加 YAG 荧光粉制成的白光荧光粉制成的白光 LED 与单色与单色 LED 相比相比 人眼人眼 对它的视觉函数应当是对它的视觉函数应当是 各种波长成分视觉函数的积分平均值各种波长成分视觉函数的积分平均值 此值此值 可以通过计算得到约为可以通过计算得到约为 296lm 即这种白光即这种白光 LED 当发射出光功当发射出光功 率率 1W 的白光时的白光时 其辐射光通量约为其辐射光通量约为 296lm 这个数值比发射光功这个数值比发射光功 率率 1W 的蓝色的蓝色 LED 的辐射光通量的辐射光通量 41 增大了增大了 7 2 倍 倍 3 什么是 什么是 LED 灯珠的结温灯珠的结温 它是如何产生的它是如何产生的 LED 灯珠的基本结构是一个半导体的灯珠的基本结构是一个半导体的 PN 结 实验指出结 实验指出 当电流流过当电流流过 LED 器件时器件时 PN 结的结的 温度将上升温度将上升 严格意义上说严格意义上说 就就 把把 PN 结区的温度定义为结区的温度定义为 LED 的结温 通常由于器件芯片均具有很的结温 通常由于器件芯片均具有很 小的尺寸小的尺寸 因此我们也可把因此我们也可把 LED 芯片的温度视之为结温 芯片的温度视之为结温 窗口窗口 层衬底或结区的材料以及导电的银胶等均存在一定的电阻值层衬底或结区的材料以及导电的银胶等均存在一定的电阻值 这些这些 电阻值相互垒加电阻值相互垒加 构成构成 LED 的串联电阻 当电流流过的串联电阻 当电流流过 PN 结时结时 同时也会流过这些电阻同时也会流过这些电阻 从而也会产生焦尔热从而也会产生焦尔热 引起芯片温度或结引起芯片温度或结 温升高温升高 由于由于 LED 芯片材料于周围介相比芯片材料于周围介相比 具有大得多的折射系数具有大得多的折射系数 致致 使芯片内部产生的大部分光无法顺利地溢出界面使芯片内部产生的大部分光无法顺利地溢出界面 而在芯片与而在芯片与 介质界面产生全反射介质界面产生全反射 返回芯返回芯 片内部并通过多次内部反射最终被芯片内部并通过多次内部反射最终被芯 片材料或衬底吸收片材料或衬底吸收 并以晶格振动的形式变成热并以晶格振动的形式变成热 促使促使 结温升高 结温升高 4 为什么 为什么 LED PN 结上温度升高会引起它的光电参数退化 结上温度升高会引起它的光电参数退化 PN 结作为杂质半导体在其工作过程中结作为杂质半导体在其工作过程中 同样存在杂质电离 同样存在杂质电离 本征激发 杂质散射和晶格本征激发 杂质散射和晶格 散射等问题散射等问题 从而使复合栽流子转换成从而使复合栽流子转换成 光子的数量和效能发生变化 当光子的数量和效能发生变化 当 PN 结的温度结的温度 例如环例如环 境温度境温度 升升 高时高时 PN 结内部杂质电离加快结内部杂质电离加快 本征激发加速 当本征激发产生的本征激发加速 当本征激发产生的 复合载流子的复合载流子的 浓度远远超过杂质浓度时浓度远远超过杂质浓度时 本征载流子的数量增大的本征载流子的数量增大的 影响较之迁移率减小的半导体电阻率变影响较之迁移率减小的半导体电阻率变 化的影响更为严重化的影响更为严重 导致内导致内 量子效率下降量子效率下降 温度升高又导致电阻率下降温度升高又导致电阻率下降 使同样使同样 IF 下下 VF 降降 低 如果不用恒流源驱动低 如果不用恒流源驱动 LED 则则 VF 降将促使降将促使 IF 指数式增加指数式增加 这这 个过程将使个过程将使 LED PN 结上温升结上温升 更加快更加快 最终温升超过最大结温最终温升超过最大结温 导致导致 LED PN 结失效结失效 这是一个正反馈的恶性过程 这是一个正反馈的恶性过程 PN 结上温结上温 度升高度升高 使半导体使半导体 PN 结中处于激发态的电子结中处于激发态的电子 空穴复合时从高能级空穴复合时从高能级 向低能级跃向低能级跃 迁时发射出光子的过程发生退化 这是由于迁时发射出光子的过程发生退化 这是由于 PN 结上温结上温 度升高时度升高时 半导体晶格的振幅增大半导体晶格的振幅增大 使使 振动的能量也发生增加振动的能量也发生增加 当当 它超过一定值时它超过一定值时 电子电子 空穴从激发态跃迁到基态时回与晶格原空穴从激发态跃迁到基态时回与晶格原 子子 或离子或离子 交换能量交换能量 于是成为无光子辐射的跃迁于是成为无光子辐射的跃迁 LED 的光学性的光学性 能退化 能退化 另外另外 PN 结上温度升高还会引起杂质半导体中电离杂结上温度升高还会引起杂质半导体中电离杂 质离子所形成的晶格场使离子能级质离子所形成的晶格场使离子能级 裂变裂变 能级分裂受能级分裂受 PN 结温度影结温度影 响响 这就意味着由于温度影响晶格振动这就意味着由于温度影响晶格振动 使其晶格场的对称性使其晶格场的对称性 发生发生 变化变化 从而引起能级分裂从而引起能级分裂 导致电子跃迁时产生的光谱发生变化导致电子跃迁时产生的光谱发生变化 这就是这就是 LED 发光波长发光波长 随随 PN 结温升而变化的原因 结温升而变化的原因 综合上述综合上述 LEN PN 结上温升会引起它的电学 光学和热学性能的变化结上温升会引起它的电学 光学和热学性能的变化 过过 高的温升还会高的温升还会 引起引起 LED 封装材料封装材料 例如环氧 荧光粉等例如环氧 荧光粉等 物理性物理性 能的变化能的变化 严重时导致严重时导致 LED 失效失效 所以降低所以降低 PN 结温升结温升 是应用是应用 LED 的重要关键所在 的重要关键所在 5 为什么说提高光效可降低结温 为什么说提高光效可降低结温 通常将单位输入电功率所产生的光能称之为光电转换效率简通常将单位输入电功率所产生的光能称之为光电转换效率简 称光效 根据能量守恒定律称光效 根据能量守恒定律 LED 的输入功率最终将通过光与热的输入功率最终将通过光与热 两种形式释放出来两种形式释放出来 光效越高放出的热量越少光效越高放出的热量越少 LED 芯片的温升就芯片的温升就 越小越小 这就是提高光效可降低结温的基本原理 这就是提高光效可降低结温的基本原理 6 如何实现 如何实现 LED 的调光 调色 的调光 调色 由于由于 LED 的发光强度的发光强度 IV 或光辐射通量或光辐射通量 与它的工作电流与它的工作电流 IF 在一定电流范围内呈显性关系在一定电流范围内呈显性关系 即随着电流即随着电流 IF 增大增大 IV 也随之也随之 增大增大 因此因此 改变改变 LED 的的 IF 就可以改变它的发光强度就可以改变它的发光强度 实现调实现调 光 光 由色度学原理可以知道由色度学原理可以知道 如果将红 绿 蓝三原色作混合如果将红 绿 蓝三原色作混合 在适当的三原色亮度比的组在适当的三原色亮度比的组 合下合下 理论上可以获得无数种色彩理论上可以获得无数种色彩 这这 就可以用三种发光波长的就可以用三种发光波长的 LED 只要具有例如只要具有例如 470nm 蓝色蓝色 525 nm 绿色绿色 和和 620 nm 红色红色 的三种波长的的三种波长的 LED 通过点通过点 亮和亮和 IF 控制控制 就可以就可以 实现色彩的调控实现色彩的调控 即调色即调色 35283528 贴片参数一览表 贴片参数一览表 亮度 6 5 7 5lm 色温 2800 3200K 100K BIN 4000 4500k 250K BIM 5500 6500K 5000K BIM 外形尺寸 3 5 2 8mm 贴片 光电特性参数 电流越大 电压越高 温度越高 电流越小 发光角度 120 度等