LED基础知识培训

1、LED基础知识培训 2011年4月 李修连 第一部分：第一部分：基础基础知识篇知识篇 LED的的基础基础知识知识 照明的照明的基础基础知识知识 LED的的基础基础知识知识 (一一)、LED是什么？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、白灯颜色的光。 (二二)、LED的结构及发光原理的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识， 第一个商用二极管产生于1960年。

2、LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，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，所以 LED的抗震性好.发光二极管的核心部分是由p型半导体和 n型半导体组成的晶片，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。在某些半导体材料的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。PN结 加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。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

3、(即两端加上正向电压)， 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，光的强弱与电流有关。 (三三)、LED光源的特点光源的特点 电压：电压：LED使用低压电源，供电电压在624V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。 效能：效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 适用性：适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正 方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适 合于易变的环境 稳定性：稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 响应时间：响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级 环保环保

4、：无有害金属汞 颜色：颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通 过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙， 实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄 色，最后为绿色 价格：价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几 只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当， 而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。 (四四)、LED光源的其它方面光源的其它方面 一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明 为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度 衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点 亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。 亮

5、度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系， 一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较 缓慢的四元素LED。 白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线 中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色 的亮度为10时，混色后人眼感觉到的是纯白色。 但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因 无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差 的原色的亮度得到白色光，称为配色。 LED不但色彩饱和，而且设计灵活，此外，与传 统白光源相比，LED节能8090% ，并且光束不 产生热量。 在白光应用中，LED的发光效率是白炽灯及卤素 灯的2倍以上，并且最好的白色LED比标准60 100 W白炽灯 (17

6、Lm/W)的效率要高出许多。目 前，在实验室中演示的白色LED的发光效率已接 近荧光灯(80 Lm/W)。 LED的主要缺点是成本高、光输出低，这是LED 技术攻关要解决的主要问题，最近几年已取得较 大进展。对商业白色LED来说，利用大面积芯片 及特殊封装技术可以使每个器件的光输出提高 100倍，并使每流明光输出的成本下降80%。 (五五) LED的特性的特性 1极限参数极限参数 允许功耗允许功耗Pm：允许加于LED两端正向直流电压与 流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发 热、损坏。 最大正向直流电流最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直 流电流。超过此值可损坏二极管。 最大反向

7、电压最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。 超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 工作环境工作环境topm：发光二极管可正常工作的环境温 度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将 不能正常工作，效率大大降低。 2电参数的意义电参数的意义 光谱分布和峰值波长光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之 光并非单一波长。 由图可见，该发光管所发之光 中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。 发光强度发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法 线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。 若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光 1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发

8、光二强度 小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 光谱半宽度光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指光 谱图中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. 半值角半值角1/2和视角和视角： 1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方 向与发光轴向(法向)的夹角。 半值角的2倍为视角(或称半功率角)。 光谱 图给出的二只不同型号发光二极管发光强 度角分布的情况。中垂线(法线)AO的坐标 为相对发光强度(即发光强度与最大发光强 度的之比)。显然，法线方向上的相对发光 强度为1，离开法线方向的角度越大，相对 发光强度越小。由此图可以得到半值角或 视角值。 正向工作电流正向工作电流If：它是指发光二极管正常

9、发光时的 正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在 0.6IFm以下。 正向工作电压正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在 给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时 测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。 在外界温度升高时，VF将下降。 V-I特性特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图 4表示。 在正向电压正小于某一值(叫阈值)时，电 流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电 流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发 光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。 正向的发光管反向漏电流IR (六六) LED的分类的分类 1 按发光管发光颜色分按发光管发光颜色

10、分 按发光管发光颜色分，可分成红色、 橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯 绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中 包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管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。 2 按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、 侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为3mm、 4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常 把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1 (3/4)； 把4.4mm的记作T-1(1

11、/4)。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发 光强度角分布图来分有三类： (1) 高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔 封装，且不加散射剂。半值角为5 20或更小，具有很高 的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成 自动检测系统。 (2) 标准型。通常作指示灯用，其半值角为20 45。 (3) 散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45 90或更大，散射剂的量较大。 3按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属 底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等 结构。 4按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED (发光强度

12、100mcd)；把发光强度在10100mcd间 的叫高亮度发光二极管。 一般LED的工作电流在十几mA至几十mA， 而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通 发光管相同)。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及 按功能分类的方法。 (七七) LED的应用的应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、 发光强度及透明情况等不同，所以使用发 光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。 由于发光二极管具有最大正向电流IFm、 最大反向电压VRm的限制，使用时，应保 证不超过此值。为安全起见，实际电流IF应 在0.6IFm以下；应让可能出现的反向电压 VR LED被广泛用于种电子仪器和电子设 备中，

13、可作为电源指示灯、电平指示或微 光源之用。红外发光管常被用于电视机、 录像机等的遥控器中。 1普通发光二极管的检测 (1) 用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判 断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至 200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为，反向电 阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光 管的发光情况，因为10k挡不能向LED提供较大正向电流。 若有两块指针万用表(最好同型号)可以较好地检查发光二极 管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另 一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极(P 区)，余下

14、的“+”笔接被测发光管的负极(N区)。两块万用表均置 10挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚 至不发光，可将两块万用表均拨至1若，若仍很暗，甚至不 发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开 始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二 极管。 (2) 外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指针 式或数字式皆可)可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为 此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.43V之间，且 发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF3V， 且不发光，说明发光管已坏。 2红外发光二极管的检测红外发光二极管

15、的检测 由于红外发光二极管，它发射13m的 红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管 发射功率只有数mW，不同型号的红外LED发光 强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般 为1.32.5V。正是由于其发射的红外光人眼看 不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判 定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法 判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光 敏器件(如2CR、2DR型硅光电池)作接收器。用 万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红 外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。 (八八) LED安装使用注意事项安装使用注意事项 1. 使用电流使用电流 a) 由于LED具有随着电

16、压稍加而电流迅速增加之特性； b) 过高的电流会引起LED灯的烧毁或亮度的衰减； c) 在使用时应加一个电阻与LED灯串联，起到限流作用； d) LED应在相同的电流条件下工作，一般建议通LED的电 流为1519mA。 2. 亮度的测试和产品使用说明亮度的测试和产品使用说明 a) 检测和使用LED时，必须给每个LED提供相同电流即恒 流检测，才能保证检测亮度一致，电流最好不要超过 20mA，最好使用15-19mA的电流。 b) 使用分光分色的产品时，请按BIN号的先后顺序归类使 用，不能把不同BIN号 LED混合使用在同一产品中，以免 产生颜色、亮度、电压的差异。 如果要混BIN号使用，相 邻

17、BIN号可放一起，但尽量避免。 3. 防静电注意事项防静电注意事项 a) 所有接触LED的设备和仪器必须接地良好，特别焊接的烙 铁和锡炉必须接地良好。 b) 操作人员必须佩带接地的防静电手腕，穿防静电鞋及防静 电衣服。 c) 防静电手腕必须每天进行测试，不合格的必须更换。 d) 若LED有被静电损害，会显示一些不良特性：漏电电流增 加，静态顺向电压降低或上升，在低电流测试下不亮或发 光不正常。 4. LED焊接条件焊接条件 a) 贴片灯珠焊装前要进行除湿处理：出厂3天以上的贴片 灯珠，必须要除湿后才可以焊装，时间足够的话可以 60下烘烤8小时以上，时间紧张也可以110下烘烤 一个小时。 b)

18、烙铁焊接：烙铁(最高30W)尖端温度不超过300；焊 接时间不超过3秒；焊接时间不超过3秒；焊接位置至 少离胶体3毫米。 c) 浸焊：浸焊最高温度260；浸焊时间不超过5秒；浸 焊位置至少离胶体2毫米。 5. 引脚成形方法引脚成形方法 a) 必需离胶体2毫米才能折弯支架,以免引起胶体破裂 或损坏内部结构； b) 支架成形必须用夹具或由专业人员来完成； c) 支架成形必须在焊接前完成； d) 支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。 6. LED安装方法安装方法 a) 注意各类器件外线的排列，以防极性装错。器件不 可与发热元件靠得太近； b) 务必不要在引脚变形的情况下安装LED； c) 当决定

19、在孔中安装时，计算好面孔及线路板上孔距 的尺寸和公差以免支架受过度的压力； d) 安装LED时，建议用导套定位； e) 在焊接温度回到正常以前，必须避免使LED受到任 何的震动或外力。 7. 清洗清洗 当用化学品清洗胶体时必须特别小心，因为 有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯乙 烯、丙酮等。可用乙醇擦拭、浸渍，时间在常温下 不超过3分钟。 照明的基本知识照明的基本知识 (一一)重要照明术语重要照明术语 光通量光通量： 发光体每秒钟所发出的光量的总和。单位：流明 (Lm)，表示发光体发光的多少，发光愈多流明数 愈大。 光光 强强I： 发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。 单位：坎

20、德拉(cd)。 照照 度度E： 发光体照射在被照物体单位面积上的光通 量。单位：勒克斯(Lux)= 流明Lm/面积m2。 亮亮 度度L： 发光体在特定方向单位立体角单位面积内 的光通量。单位：尼脱(mcd)。 光光 效：效： 电光源将电能转化为光的能力，以发出的 光通量除以耗电量来表示。单位：每瓦流 明(Lm/W)。 平均寿命：平均寿命： 指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。单位： 小时(h)。 经济寿命：经济寿命： 在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况 下，其综合光束输出减至特定的小时数。室外的 光源为70%，室内的光源为80%。 色色 温：温： 光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐

21、射光色 相同时，黑体的温度称为该光源的色温。光源色 温不同，光色也不同，色温在3000K以下有温暖 的感觉，达到稳重的气氛；色温在3000K5000K 为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000K以上 有冷的感觉。单位：K。 显色性：显色性： 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(太阳能)照明时 颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特 性。要正确表现物体本来的颜色，需使用 显色指数高的光源。单位：Ra。 色表：色表： 是指人眼直接观察光源时所看到的颜色。街道高 压钠灯发出的光既亮且白，但当看到被照射的人 的面孔时显表灰色，这说明高压钠灯的色表并不 差，但显色性不好。 眩光

22、：眩光： 视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则 可以造成视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明 质量的重要因素。 灯具效率灯具效率: 灯具效率(光输出系数)是衡量灯具利用能量效率 的重要标准，它是灯具输出的光通量与灯具内光 源输出的光通量之间的比例。 灯具的配光或光强分布：灯具的配光或光强分布： 用曲线或表格表示灯具在空间各方向的光 输出强度分布值成为灯具的配光曲线或光 分布曲线，它是表示灯具照明功能的重要 特性参数。 (二二)光色光色/色温的应用色温的应用 第二部分、第二部分、LED照明市场分析篇照明市场分析篇 LED照明市场目前的情况照明市场目前的情况 2005年，中国LED的产量已经达

23、到262.1亿只，市场规模更是 突破百亿元大关达到114.9亿元。全球LED市场前景广阔，吸引了 诸多厂商参与LED新产品的开发生产，市场竞争日趋激烈。 而 LED在照明行业里也一直保持升温状态。 LED在汽车行业的应用蒸蒸日上，全彩显示屏、计算机显示 屏已经普遍采用液晶显示，LED大量用在情侣mp3、显示屏、手 机、机箱外壳。 LED具有效率高、光线品质好、省电、寿命长等特点，主要 用于平面显示领域、便携式设备显示器、照明以及红外线LED领 域等下游应用产品市场。与传统的光源相比，LED光源体积小、 重量轻、方向性好并且可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环 保等方面均有不可比拟的优越性，足以

24、对传统光源市场造成重大 冲击。随着LED应用范围的日趋扩大，LED的重要性已受到越来 越多的注意。因而在全球市场上十分走俏。 现在，随着各大媒体对LED的关注和人们更多的实际应用， 大家对它的了解不断加深；同时LED产品的种类变得更加丰富， 在各领域中的应用也越来越广泛，其市场前景一片广阔。 LED照明市场的需求、前景照明市场的需求、前景 LED应用市场规模持续扩大应用市场规模持续扩大 LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、 LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室 内装饰灯等其他领域。而由于LED具有的长寿 命、无污染、低功耗的特性，未来LED还将逐 步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光 源。为此，美国、韩国、欧盟、