LED培训资料参考文档

爱浦瑞灯饰有限公司 2017年度LED培训资料 1 2 按电光源的发光机理分类 第一代光源 电阻发光如白炽灯 第二代光源 电弧和气体发光如钠灯 第三代光源 荧光粉发光如荧光灯 第四代光源 固态芯片发光如LED 2 2020 4 21 LED是英文单词LightEmittingDiode的缩写 中文意思是发光二极管 是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件 它可以直接把电转化为光 LED的心脏是一个半导体的晶片 晶片的一端附着在一个支架上 是负极 另一端连接电源的正极 整个晶片被环氧树脂封装起来 半导体晶片由两部分组成 一部分是P型半导体 在它里面空穴占主导地位 另一端是N型半导体 在这边主要是电子 但这两种半导体连接起来的时候 它们之间就形成一个 P N结 当电流通过导线作用于这个晶片的时候 电子就会被推向P区 在P区里电子跟空穴复合 然后就会以光子的形式发出能量 这就是LED发光的原理 而光的波长 光的颜色 是由形成P N结材料决定的 WhoisLED 3 2020 4 21 LED发展史 1965年 全球第一款商用化发光二极管诞生 它是用锗材料作成的可发出红外光的LED 1968年 LED的研发取得了突破性进展 利用氮掺杂工艺使镓砷磷器件的效率达到了1流明 瓦 并且能够发出红光 橙光和黄色光 到了1971年 业界又推出了具有相同效率的磷化镓绿色芯片LED 80年代早期的重大技术突破是开发出了铝镓砷LED 它能以每瓦10流明的发光效率发红光 1994年 中村修二在氮化镓基片上研制出了第一只蓝色发光二级管 从20世纪90年代中期开始 许多广告 体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示 现在白光LED的发光效率已经达到140lm W 实验室研究成果甚至可达到300lm W 4 2020 4 21 光学术语 1 光通量 光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量 单位 流明 Lm 5 照度 勒克司 lux lx 照度的单位 等于1流明的光通量均匀照在1平方米表面上所产生的照度 2 光效 光源发出的光通量除以光源的功率 它是衡量光源节能的重要指标 单位 每瓦流明 Lm w 4 显色性 光源对物体呈现的程度 也就是颜色的逼真程度 通常叫做 显色指数 3 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 单位 开尔文 k 5 2020 4 21 9 眩光 视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比 所造成的视觉不舒适称为眩光 眩光是影响照明质量的重要因素 光学术语 7 波长 光的色彩强弱是可以通过数据来描述 这种数据叫波长 能见到的光的波长 范围在380至780nm之间 单位 纳米 nm 6 亮度 亮度是指物体明暗的程度 定义是单位面积的发光强度 单位 尼特 nit 8 光强 指光源的明亮程度 也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量 单位 坎德拉 cd 6 2020 4 21 LED的优势特点 体积小 耗电量低 使用寿命长 可工作在高速状态 环保 显色性好 响应速度快 高纯度 色彩丰富 可控性大 方向性强 采用直压供电 安全可靠 防震性好 7 2020 4 21 选择LED的五大原因 节 能 减少光害 节约原物料成本 节约维护成本 保护环境 8 2020 4 21 LED灯具的组成 灯珠 驱动 透镜 基板 外壳 散热器 辅料 LED 9 2020 4 21 按封装分类 一 插件灯珠 二 贴片灯珠 三 大功率灯珠 四 COB封装灯珠 灯珠 五 LED模组 10 2020 4 21 插件灯珠 即传统的直插式LED发光二极管 以插脚可分为两只角的 三只角的 四只角的等 按灯珠外形还可分为草帽跟食人鱼两大类 草帽LED又可按灯头的尺寸细分为 3 灯头的直径是3mm 5 灯头直径是是5mm 或按灯头的形状细分为无边 薄边 厚边 圆头等 按灯头透明与否可分为透明 雾状等 食人鱼LED同样可以按灯头的尺寸分为 3 5 按灯头的形状分为圆头 即最常见的食人鱼灯 平头等 灯珠 11 2020 4 21 贴片灯珠 贴片灯珠也就是俗称的SMD 是插件灯珠的改进产品 灯珠的体积更加小巧了 无针脚是焊锡更加方便 而贴片机的出现使人们告别了焊锡丝的困扰 按放光方向分侧面发光和正面发光 正面发光的有1206 1204 0805 0603 5050 2835 3528 3014等 侧面发光的有335 020 215等 灯珠 3014 2838 5050 12 2020 4 21 大功率灯珠 相对于小功率led来说 大功率led单颗功率更高 亮度更亮 价格更高 根据功率大小可分为0 5W 1W 3W 5W 10W不等 主要亮度单位为lm 流明 也就是发光强度I 根据封装后成型产品的总的功率而言不同而不同 根据其封装工艺不同分为 大尺寸环氧树脂封装 仿食人鱼式环氧树脂封装 铝基板 MCPCB 式封装 TO封装 功率型SMD封装 MCPCB集成化封装等等 灯珠 1 耗电量少 光效为75lm w的LED较同等亮度的白炽灯耗电量减少80 2 寿命长 产品寿命长达5万小时 24小时连续点亮可用7年3 纳秒级的响应速度 使亮度和色彩的动态控制变得容易 可实现色彩动态变化和数字化控制4 设计空间大 可实现与建筑的有机融合 达到只见光不见灯的效果 5 环保 无有害金属汞 无红外线和紫外线辐射 6 颜色 不同波长产生不同彩色光 鲜艳饱和 无需滤光镜 可用红绿蓝三原色控制后形成各种不同的颜色 可实现全彩渐变等各种变色效果 13 2020 4 21 COB 即chipOnboard 就是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上 然后进行引线键合实现其电连接 在相同功能的照明灯具系统中 实际测算可以降低30 左右的光源成本 在性能上 通过合理的设计和微透镜模造 COB光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光 眩光等弊端 还可以通过加入适当的红色芯片组合 在不明显降低光源效率和寿命的前提下 有效地提高光源的显色性 灯珠 14 2020 4 21 灯珠的结构 灯珠 15 2020 4 21 一 支架1 支架的作用 用来导电和支撑2 支架的组成 支架由支架素材经过电镀而形成 由里到外是素材 铜 镍 铜 银这五层所组成 3 支架的种类 带杯支架做聚光型 平头支架做大角度散光型的Lamp SMD支架可分为PCB类与TOP类A PCB类目前有0603 1206等 其单颗尺寸分另为1 6 0 8mm和3 2 1 6mm 其材质为纤维板 表面镀铜 镍 金 8 12u B TOP类可分为2810 3020 3528 5050等 其单颗长宽分2 8 1 0mm 3 0 1 0mm 3 5 2 8mm 5 0 5 0mm 材质多为PPA PA9T加铜支架表面镀银120u 灯珠 16 2020 4 21 二 银胶银胶的作用 固定晶片和导电的作用 银胶的主要成份 银粉占75 80 EPOXY 环氧树脂 占10 15 添加剂占5 10 银胶的使用 冷藏 使用前需解冻并充分搅拌均匀 因银胶放置长时间后 银粉会沉淀 如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能 灯珠 17 2020 4 21 三 芯片 晶片 1 晶片的作用 晶片是LEDLamp的主要组成物料 是发光的半导体材料 2 晶片的组成 主要有砷 AS 铝 AL 镓 Ga 铟 IN 磷 P 氮 N 锶 i 这几种元素中的若干种组成 3 晶片的结构 焊单线正极性 P N结构 晶片 双线晶片 晶片的尺寸单位 mil 晶片的焊垫一般为金垫或铝垫 其焊垫形状有圆形 方形 十字形等 4 晶片的发光颜色 晶片的发光颜色取决于波长 常见可见光的分类大致为 暗红色 700nm 深红色 640 660nm 红色 615 635nm 琥珀色 600 610nm 黄色 580 595nm 黄绿色 565 575nm 纯绿色 500 540nm 蓝色 450 480nm 紫色 380 430nm 白光和粉红光是一种光的混合效果 最常见的是由蓝光 黄色荧光粉和蓝光 红色荧光粉混合而成 灯珠 B 顺向电压 VF 施加在晶片两端 使晶片正向导通的电压 此电压与晶片本身和测试电流存在相应的关系 VF过大 会使晶片被击穿 18 2020 4 21 四 金线 金线的作用 连接晶片PAD 焊垫 与支架 并使其能够导通 金线的纯度为99 99 Au 延伸率为2 6 金线的尺寸有 0 9mil 1 0mil 1 1mil等 灯珠 19 2020 4 21 五 环氧树脂 透镜 环氧树脂的作用 保护Lamp的内部结构 可稍微改变Lamp的发光颜色 亮度及角度 使Lamp成形 封装树脂包括 A胶 主剂 B胶 硬化剂 DP 扩散剂 CP 着色剂 四部份组成 其主要成分为环氧树脂 EpoxyResin 酸酐类 酸无水物Anhydride 高光扩散性填料 Lightdiffusion 及热安定性染料 dye 灯珠 20 2020 4 21 六 模条 模条是Lamp成形的模具 一般有圆形 方形 塔形等 支架植得深浅是由模条的卡点高低所决定 模条需存放在干净及室温以下的环境中 否则会影响产品外观不良 灯珠 21 2020 4 21 LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器 通常情况下 LED驱动电源的输入包括高压工频交流 即市电 低压直流 高压直流 低压高频交流 如电子变压器的输出 等 而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源 驱动的概念 驱动 22 2020 4 21 特点 1 高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源 装在高空 维修不方便 维修的花费也大 2 高效率 LED的发光效率随着LED温度的升高而下降 所以LED的散热非常重要 电源的效率高 它的耗损功率小 在灯具内发热量就小 也就降低了灯具的温升 对延缓LED的光衰有利 3 高功率因素 功率因素是电网对负载的要求 功率因数低 说明电路用于交变磁场转换的无功功率大 从而降低了设备的利用率 增加了线路供电损失 4 驱动方式 现在通行的有两种 其一是一个恒压源供多个恒流源 每个恒流源单独给每路LED供电 这种方式 组合灵活 一路LED故障 不影响其他LED的工作 但成本会略高一点 另一种是直接恒流供电 LED串联或并联运行 它的优点是成本低一点 但灵活性差 还要解决某个LED故障 不影响其他LED运行的问题 这两种形式 在一段时间内并存 多路恒流输出供电方式 在成本和性能方面会较好 也许是以后的主流方向 5 浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的 特别是抗反向电压能力 因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入 保护LED不被损坏的能力 驱动 23 2020 4 21 注意事项 1 电源除了常规的保护功能外 最好在恒流输出中增加LED温度负反馈 防止LED温度过高 2 外安装型灯具的电源结构要防水 防潮 外壳要耐晒 3 驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配 4 要符合安规和电磁兼容的要求 驱动 24 2020 4 21 1 恒流式 a 恒流驱动电路输出的电流是恒定的 而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化 负载阻值小 输出电压就低 负载阻值越大 输出电压也就越高 b 恒流电路不怕负载短路 但严禁负载完全开路 c 恒流驱动电路驱动LED是较为理想的 但相对而言价格较高 d 应注意所使用最大承受电流及电压值 它限制了LED的使用数量 2 稳压式 a 当稳压电路中的各项参数确定以后 输出的电压是固定的 而输出的电流却随着负载的增减而变化 b 稳压电路不怕负载开路 但严禁负载完全短路 c 以稳压驱动电路驱动LED 每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均 d 亮度会受整流而来的电压变化影响 驱动 25 2020 4 21 电路结构方式分类 1 电阻 电容降压方式 2 电阻降压方式 3 常规变压器降压方式 4 电子变压器降压方式 5 RCC降压方式开关电源 6 PWM控制方式开关电源 驱动 26 2020 4 21 电源的区别 非隔离式 隔离式 阻容降压 是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流 因此 电容降压实际上是利用容抗限流 而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色 是指在LED负载端和220V输入端有直接连接 因此触摸负载就有触电的危险 220V和铝壳之间只有铝基板的极薄绝缘层的隔离 通常不容易通过CE和UL认证 是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离 这种变压器可能是工频也可能是高频的 但都能把输入和输出隔离起来 可以避免触电的危险 也容易通过CE或UL认证 27 2020 4 21 现阶段存在的不足 1 生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够 做出的电源是可以正常工作 但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够 还是有一定得隐患 2 大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源 对LED的特点及使用认识还不够 3 目前关于LED的标准几乎没有 大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准 4 现在大部分LED电源没有统一 所以量大部分都比较小 采购量小 价格就偏高 而且元器件供应商也不太配合 5 LED电源的稳定性 宽电压输入 高温和低温工作 过温 过压保护等问题都没有一一解决 首先是驱动电路整体寿命 尤其是关键器件如 电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命 其次是LED驱动器应挑战更高的转换效率 尤其是在驱动大功率LED时更是如此 因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散 电源转换效率的过低 影响了LED节能效果的发挥 目前在功率较小 1 5W 的应用场合 恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1 3 已经接近了光源的成本 一定程度上影响了市场推广 驱动 28 2020 4 21 一次透镜 a 一次透镜是直接封装 或粘合 在LED芯片支架上 与LED成为一个整体 b LED芯片按理论发光是360度 但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装 所以芯片最大发光角度是180度 另外芯片还会有一些杂散光线 这样通过一次透镜就可以有效收集芯片的所有光线并可得到如160度 140度 120度 90度甚至60度 不同需要 的出光角度 二次透镜 a 二次透镜与LED是两个独立的物体 但它们在应用时确密不可分 b 二次透镜的功能是将LED的大角度光 一般为90 120度 再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度 c 二次透镜材料大都用PMMA或玻璃 模组透镜 a 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜 按不同需求可以设计成3合1 5合1甚至几十颗合一的透镜模组 b 此设计有效节省生产成本 实现产品品质的一致性 节省灯具机构空间 更容易实现 大功率 等特点 透镜 29 2020 4 21 透镜的作用 1 无论远近 灯罩 反光杯 与透镜没多大区别 均匀性来讲 透镜会优于反光杯 2 用小角度的LED透镜 效果比灯罩好 因为要射得远的 灯罩聚光已经过透镜 因为LED本身一定会有透镜的 再经过一次光罩聚光 这次会浪费很多光的 还不如在透镜就聚光了 而透镜的发光角度很好处理 例 如果空间可以的话 用3个1W的 比使用一个3W的效果要好得多 3 相比之下 灯罩发光均匀点范围大 但是投光度不好 透镜则相反 4 LED透境显得要高档些 透镜 30 2020 4 21 透镜的材料种类 1 硅胶透镜a 因为硅胶耐温高 也可以过回流焊 因此常用直接封装LED发光器件 b 一般硅胶透镜体积较小 直径3 10mm 2 PMMA透镜a 光学级PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 俗称 亚克力 b 塑胶类材料 优点 生产效率高 可以通过注塑 挤塑完成 透光率高 3mm厚度时穿透率93 左右 缺点 温度不能超过80 热变形温度92度 3 PC透镜a 光学级料Polycarbonate 简称PC 聚碳酸酯 塑胶类材料 b 优点 生产效率高 可以通过注塑 挤塑完成 透光率稍低 3mm厚度时穿透率89 左右 缺点 温度不能超过110 热变形温度135度 4 玻璃透镜光学玻璃材料 优点 丰富的光学参数特性 可选择 具有透光率高 3mm厚度时穿透率97 耐温高等特点 缺点 体积大质量重 形状单一 易碎 批量生产不易实现 生产效率低 成本高等 不过目前此类生产设备的价格高昂 短期内很难普及 此外玻璃较PMMA PC料易碎的缺点 还需要更多的研究与探索 以现在可以实现的改良工艺来说 只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性 虽然经过这些处理 玻璃透镜的透光率会有所降低 但依然会远远大于普通光学塑料透镜的透光效果 所以玻璃透镜的前景将更为广阔 透镜 31 2020 4 21 传统PCB板 PCB PrintedCircuitBoard 中文名称为印制电路板 又称印刷电路板 印刷线路板 是重要的电子部件 是电子元器件的支撑体 是电子元器件电气连接的提供者 由于它是采用电子印刷术制作的 故被称为 印刷 电路板 基板 32 2020 4 21 铝基板 采用表面贴装技术 SMT 在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理 降低产品运行温度 提高产品功率密度和可靠性 延长产品使用寿命 缩小产品体积 降低硬件及装配成本 取代易碎的陶瓷基板 获得更好的机械耐久力 基板 33 2020 4 21 结构 线路层 相当于普通PCB的覆铜板 绝缘层 是铝基板核心技术之所在热阻小 粘弹性能优良 具有抗热老化的能力 能够承受机械及热应力 基层 是铝基板的支撑构件 要求具有高导热性 基板 34 2020 4 21 辅料 高温线 高温线 采用耐高温高强型 经特殊工艺加工而成 主要特征是耐高温 绝缘 防火阻燃 耐腐蚀 耐老化 耐气候性 高强度 高模量 防静电 外观光滑等特点 导热硅脂 又称之为热界面材料 其作用是用来向散热片传导热量 使温度保持在一个可以稳定工作的水平 防止散热不良而损毁 并延长使用寿命 有机硅胶 别名 硅橡胶是一种高活性吸附材料 属非晶态物质 不溶于水和任何溶剂 无毒无味 化学性质稳定 除强碱 氢氟酸外不与任何物质发生反应 硅胶具有许多其他同类材料难以取代得特点 吸附性能高 热稳定性好 化学性质稳定 有较高的机械强度等 高温线的产品特性 额定电压 600V工作温度 65 200 导体 实芯或绞合镀银铜线绝缘 FEP铁氟龙颜色 红 黄 兰 白 黑 黄绿 棕等 有机硅胶的最突出性能 耐温特性耐候性电子绝缘性能生理惰性低表面张力和低表面能 35 2020 4 21 现阶段LED替换传统照明的劣势 价格高 因为国内没有掌握led芯片的技术 先所用的全部都靠进口 国内所谓的生产只是封装 所以成本高 是普通节能灯具的数倍 普通家庭照明还不被普遍接受 光感 LED一个优势是光谱纯净 但是人的眼睛是不能长时间观测一个单色谱的光源 LED虽可调光 但是比较麻烦 比较专业 很多均光材料厂商或者LED光源厂商抑或是方案供应商难以实现的 散热不理想 LED只有30 40 的输入电能转化为光能 其余60 70 的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能 热量集中在尺寸很小的芯片内 芯片温度升高 引起热应力的非均匀分布 芯片发光效率和萤光粉激射效率下降 当温度超过一定值时 器件失效率呈指数规律增加 一般来说 LED灯工作是否稳定 品质好坏 与灯体本身散热至关重要 重量 螺旋类接口的灯具中 荧光灯的重量只有LED灯具的数分之一 由于没有了散热片的问题 荧光灯的重量对灯座来说可以忽略不计 但是LED的重量对灯座是一个很严重的考验 36 2020 4 21 CE 用CE认证缩略词为符号表示加贴CE认证标志的产品符合有关欧洲指令规定的主要要求 EssentialRequirements 并用以证实该产品已通过了相应的合格评定程序和 或制造商的合格声明 真正成为产品被允许进入欧共体市场销售的通行证 LED各国认证标识 37 2020 4 21 TUV 是德语Technischer berwach ngsVerein的缩写 是德国技术监护委员会的简称 应用安全标准的目的是在于防止家电产品的使用过程中可能产生的各种危险所造成的人身伤害和财产损失 包括电击或触电 温度过高或火灾 机械方面存在的危险 放射性危险 化学性危险 38 2020 4 21 3C 3C认证的全称为 强制性产品认证制度 它是各国政府为保护消费者人身安全和国家安全 加强产品质量管理 依照法律法规实施的一种产品合格评定制度 所谓3C认证 就是中国强制性产品认证制度 英文名称ChinaCompulsoryCertification 英文缩写CCC 它是中国政府按照世贸组织有关协议和国际通行规则 为保护广大消费者人身和动植物生命安全 保护环境 保护国家安全 依照法律法规实施的一种产品合格评定制度 主要特点是 国家公布统一目录 确定统一适用的国家标准 技术规则和实施程序 制定统一的标志标识 规定统一的收费标准 凡列入强制性产品认证目录内的产品 必须经国家指定的认证机构认证合格 取得相关证书并加施认证标志后 方能出厂 进口 销售和在经营服务场所使用 39 2020 4 21 UL 是美国保险商试验所 UnderwriterLaboratoriesInc 的简写 UL安全试验所是美国最有权威的 也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构 它是一个独立的 非营利的 为公共安全做试验的专业机构 它采用科学的测试方法来研究确定各种材料 装置 产品 设备 建筑等对生命 财产有无危害和危害的程度 确定 编写 发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料 同时开展实情