LED照明基础篇

1、 LED基础篇 目录一、认识LED二、LED的构造三、LED的光、电参数四、LED的分类五、LED的包装与存储六、LED的使用注意事项七、LED的驱动方式LED是发光二极管（Light-Emitting Diode）的简称，是一种将电能转化为光能的半导体电子元件。常见的有充电器指示灯，广告牌，奥运会“水立方”等。自LED问世以来，LED以其寿命长、节能、体积小等优点逐渐替代了白炽灯、氖管等。认识LED 水立方半导体：常温下常温下，导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。N型半导体（N为Negative的字头）：在硅（或者锗）晶体中掺入少量的杂质元素而形成的半导体，这种半导体中含有较多的自由移动电子

2、，由于电子带负电荷而得此名。P型半导体（ P为Positive的字头）：在硅（或者锗）晶体中掺入另外类型的杂质，含有较多的“空穴”（相当于正电荷）。PN结：在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，我们称两种半导体的交界面附近的区域为PN结。 如果将半导体的材料换成由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，在外电场推动下，N区的电子向P区注入，P区的空穴朝N区移动，在PN结附近进行复合时所辐射出来的能量就成了光能。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。 LED的构造小功率大功率LEDLED芯片

3、芯片：整个：整个LEDLED的核心部件，是由磷化镓（的核心部件，是由磷化镓（GaPGaP）、镓铝砷（）、镓铝砷（GaAlAsGaAlAs）或）或砷化镓（砷化镓（GaAsGaAs）、氮化镓（）、氮化镓（GaNGaN）等材料组成，其内部结构具有单向导电）等材料组成，其内部结构具有单向导电性。性。银胶银胶：用来固定芯片和导电的。：用来固定芯片和导电的。模条模条：又称散热脊柱，用来支撑芯片和导出芯片的温度。：又称散热脊柱，用来支撑芯片和导出芯片的温度。金线金线：连接并导通芯片的焊垫与支架。金线的组成是：连接并导通芯片的焊垫与支架。金线的组成是金线的纯度为金线的纯度为99.99%Au；延伸率为；延伸率为

4、2-6%，金线的尺寸有：，金线的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.2mil等。等。支架支架：用来导电和支撑。：用来导电和支撑。由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜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。有带杯型支架和平头支架，如左图的、镍、铜、银这五层。有带杯型支架和平头支架，如左图的5MM支架是支架是用来做窄光束的用来做窄光束的LED，而平头支架是用来做散射型，而平头支架是用来做散射型LED。透镜透镜：对：对LED芯片进行封装保护，主要用于大功率芯片进行封装保护，主要用于大功率LED。市场上常见的有两种。市场上常见的有两种类型：类型：PC透镜和硅胶透镜。

5、透镜和硅胶透镜。荧光粉荧光粉：用来制作白：用来制作白 光光LED，在蓝光芯片上点荧光粉，使之发出白色光。，在蓝光芯片上点荧光粉，使之发出白色光。 大陆大陆LEDLED芯片厂商芯片厂商：三安三安光电简称（光电简称（S S）、）、上海蓝光上海蓝光（EpilightEpilight）简称（）简称（E E）、士兰明芯（、士兰明芯（SLSL）、大连路美简称（）、大连路美简称（LMLM）、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊）、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天

6、电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大，山东华光、上海蓝能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大，山东华光、上海蓝宝等。宝等。 国外国外LEDLED芯片厂商芯片厂商：CREECREE，欧司朗（，欧司朗（OsramOsram），流明（），流明（LUMILEDSLUMILEDS） ，普瑞（，普瑞（BridgeBridge），首尔半导体，惠普（），首尔半导体，惠普（HPHP），日亚化学（），日亚化学（NichiaNichia），丰田合成，大），丰田合成，大洋日酸，东芝、昭和电工（

7、洋日酸，东芝、昭和电工（SDKSDK），旭明（），旭明（SmiledsSmileds），），GeneliteGenelite，韩国安萤，韩国安萤（EpivalleyEpivalley）等。）等。 台湾台湾LEDLED芯片厂商芯片厂商：晶元晶元光电（光电（EpistarEpistar）简称：）简称：ESES、（联诠、元坤，连勇，、（联诠、元坤，连勇，国联），广镓光电（国联），广镓光电（HugaHuga），新世纪（），新世纪（Genesis PhotonicsGenesis Photonics），），华上华上（Arima Arima OptoelectronicsOptoelectronics）简

8、称：）简称：AOCAOC，泰谷光电（，泰谷光电（TekcoreTekcore），），奇力奇力，钜新，钜新，光宏光宏，晶发，视创，晶发，视创，联胜联胜（HPOHPO），汉光（），汉光（HLHL），），光磊光磊（EDED），鼎元（），鼎元（TyntekTyntek）简称：简称：TKTK，曜富洲技，曜富洲技TCTC，燦燦圆（圆（Formosa EpitaxyFormosa Epitaxy），国通，联鼎，全新光），国通，联鼎，全新光电（电（VPECVPEC）等。）等。 华兴（华兴（Ledtech ElectronicsLedtech Electronics）、东贝（）、东贝（Unity Opto Un

9、ity Opto TechnologyTechnology）、光鼎（）、光鼎（Para Light ElectronicsPara Light Electronics）、亿光（）、亿光（Everlight Everlight ElectronicsElectronics）、佰鸿（）、佰鸿（Bright LED ElectronicsBright LED Electronics）、今台（）、今台（KingbrightKingbright）、菱生精密（、菱生精密（Lingsen Precision IndustriesLingsen Precision Industries）、立基（）、立基（Li

10、gitek Ligitek ElectronicsElectronics）光宝（）光宝（Lite-On TechnologyLite-On Technology）、宏齐）、宏齐(HARVATEK)(HARVATEK)等。等。 LED的光学参数u 光通量光通量（F F，fluxflux）：单位）：单位lm lm ，即流明，即流明 。ledled在单位时间内发出的光的在单位时间内发出的光的总量；（可用光度分布计）总量；（可用光度分布计）u 光强光强（I,intensityI,intensity）：单位坎德拉，即）：单位坎德拉，即cdcd。在给定方向上单位立体角内。在给定方向上单位立体角内发出的光通

11、量，发出的光通量，它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮。（可用亮度计测试）越亮。（可用亮度计测试）u 发光角度发光角度：又称功率角度，通常使用半功率角度，即：又称功率角度，通常使用半功率角度，即50%50%光强测试到的角光强测试到的角度。靠改变透镜、支架、模条或卡点等工艺来变换角度，总共有三大类：度。靠改变透镜、支架、模条或卡点等工艺来变换角度，总共有三大类： A A、标准型：一般、标准型：一般25 25 -

12、45-45 B B、高指向型：一般、高指向型：一般5 5-20-20 C C、散射型：一般、散射型：一般4545-180-180u 色温色温TCTC：以绝对温度以绝对温度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度时颜色开始由深红浅红浅红橙黄橙黄 白白蓝，逐渐改变，某光源与黑体的蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。颜色相同时，将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。 1600K 5000K 16000K1600K 5000K 16000K 此参数是此参数是LEDLED颜色一致性的一个重要体

13、现，色温段越窄，一致性越好，比颜色一致性的一个重要体现，色温段越窄，一致性越好，比如如3000K3000K色温色温LEDLED，一般可以正负，一般可以正负100K100K的范围，如果要求很高，可以限制的范围，如果要求很高，可以限制色坐标。色坐标。 左图为左图为CIECIE色品图，色品图，CIECIE是国际发光照明委员会，是国际发光照明委员会，他们在他们在19301930年制定的一套年制定的一套色彩技术标准，一直沿用色彩技术标准，一直沿用至今。在限制至今。在限制LEDLED色差上色差上最严格的标准应该是限制最严格的标准应该是限制其在其在CIECIE色拼图上的色坐色拼图上的色坐标。比如标。比如30

14、00K3000K的的LEDLED如果如果色坐标偏上，色坐标偏上，LEDLED发出的发出的光就偏绿，如果色坐标偏光就偏绿，如果色坐标偏下就会偏红。下就会偏红。显色指数（显色指数（CRICRI）：LEDLED光还原物体本身颜色的能力，最好的显色指光还原物体本身颜色的能力，最好的显色指数是数是100100。（可用积分球仪器测试）。（可用积分球仪器测试）目前市场上目前市场上LEDLED的显色指数做的好的能达到的显色指数做的好的能达到85-9085-90，比如，比如CREE/OSRAMCREE/OSRAM等，国产封装的等，国产封装的LEDLED一般在一般在7575左右。左右。LEDLED的显色指数与光通

15、量是呈反比的关系，同一个芯片封装的的显色指数与光通量是呈反比的关系，同一个芯片封装的LEDLED，为了提高其光通量就只能压低其显色指数。为了提高其光通量就只能压低其显色指数。光效光效：单位瓦数发出的光通量，单位：单位瓦数发出的光通量，单位LM/WLM/W。照度照度（lxlx）：单位勒克斯，反应物体被照亮的程度，单位面积上接）：单位勒克斯，反应物体被照亮的程度，单位面积上接收到的光通量。收到的光通量。1lx=1lm/m 1lx=1lm/m （照度计测试）（照度计测试）LEDLED的电参数特性的电参数特性伏安特性曲线1 1、LEDLED的正向特性：的正向特性：如图CREE-XPG系列，只有当LED

16、两端加的正向电压的大小足以克服LED的内电场而使PN结导电时，LED才能够发光，即LED存在开启电压，超过开启电压的值产生正向电流LED才能亮，但正向电流不能超过LED的最大正向电流，否则会破坏LED的PN结，击穿LED 。LED芯片不同，正常点亮所需要的电压也不同，比如红色、黄色LED正常点亮时的电压在1.8-2.4V左右，而绿色、白色、蓝色LED正常点亮时的电压在3.0-3.8V左右。一般开启电压略低于正常点亮时的电压。2反向特性反向特性 在分析在分析PNPN结加上反向电压时，已知少数载流子的漂移结加上反向电压时，已知少数载流子的漂移运动形成反向电流。因少数载子数量少，且在一定温度下运动形

17、成反向电流。因少数载子数量少，且在一定温度下数量基本维持不变，因此，反向电压在一定范围内增大时数量基本维持不变，因此，反向电压在一定范围内增大时，反向电流极微小且基本保持不变，等于反向饱和电流，反向电流极微小且基本保持不变，等于反向饱和电流IsIs。当反向电压增大到当反向电压增大到U UBRBR时，外电场能把原子核外层的电子强时，外电场能把原子核外层的电子强制拉出来，使半导体内载流子的数目急剧增加，反向电流制拉出来，使半导体内载流子的数目急剧增加，反向电流突然增大，二极管呈现反向击穿的现象。二极管反向击穿突然增大，二极管呈现反向击穿的现象。二极管反向击穿又分为电击穿和热击穿，利用电击穿又分为电

18、击穿和热击穿，利用电击穿二极管被反向击穿后，就失去了单向导电性。可制成稳压管，而热击穿将引起可制成稳压管，而热击穿将引起电路故障，使用时一定要注意避免二极管发生反向热击穿电路故障，使用时一定要注意避免二极管发生反向热击穿的现象。的现象。 LEDLED的电参数的电参数主要参数主要参数（1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常

19、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。 (5)正向工作电流If：它是指发光二极管正常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。 (6)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。 在外电场的推动下，电子和空穴在在外电场的推动下，电子和空穴在PNPN结附近复合时辐射出的能量要穿结附近复合时辐射出的能量要穿透透LEDLED芯片本身的半导体介质，还要穿透外部封装介质才能够到达外芯片本身的半导体介质，还要穿透外部封装介质才能够到达外界，这样就只有一部分光能变成了我们能够感知的光，这部分热量可界，这样就只有一

20、部分光能变成了我们能够感知的光，这部分热量可以以出光效率来衡量，而另外一部分就以非辐射复合的形式损耗掉产以以出光效率来衡量，而另外一部分就以非辐射复合的形式损耗掉产生热能，所以生热能，所以PNPN结会有热量产生。当结会有热量产生。当LEDLED两端有电流通过时，两端有电流通过时，PNPN结的结的温度会升高，而升高的温度又会加剧这种非辐射复合，导致发光量减温度会升高，而升高的温度又会加剧这种非辐射复合，导致发光量减小。小。 一般把芯片上一般把芯片上PNPN结的温度，称为结温，因结的温度，称为结温，因LEDLED的芯片尺寸非常小，所的芯片尺寸非常小，所以我们通常也把芯片的温度称之为以我们通常也把芯

21、片的温度称之为LEDLED的结温，单位的结温，单位。 热阻热阻：在热平衡条件下，规定的两点之间的温度差与产生这个温度差：在热平衡条件下，规定的两点之间的温度差与产生这个温度差所消耗的功率之比。单位是所消耗的功率之比。单位是/W/W，或是，或是K/WK/W，计算公式计算公式R= R= T/Pd T/Pd. . PN PN结与银胶之间，银胶与模条之间等组成结与银胶之间，银胶与模条之间等组成LEDLED的各个结构层之间均存在的各个结构层之间均存在热阻，在热阻，在LEDLED电流通道上的各种结构层之间的热阻之和总称为电流通道上的各种结构层之间的热阻之和总称为LEDLED的热的热阻，单位阻，单位/W /

22、W 。 LEDLED的温度特性的温度特性与热阻相关的参数导热系数导热系数：与物体的密度、结构、含水率、温度等有关。通常情况下：与物体的密度、结构、含水率、温度等有关。通常情况下，含水率小、温度较低时的导热系数小。，含水率小、温度较低时的导热系数小。PCBPCB板及板及PCBPCB板与型材之间的板与型材之间的导选用热膏都需要良好的导热性能，所以在选择时要选择高导热系数导选用热膏都需要良好的导热性能，所以在选择时要选择高导热系数的。导热系数简写为的。导热系数简写为P.P.单位为单位为w/(kw/(k* *m)m)。导热系数是物体的固有属性导热系数是物体的固有属性，热阻与导热系数之间的换算公式为。，

23、热阻与导热系数之间的换算公式为。Rth=H/Rth=H/（P P* *S)S)。由以上公式可以看出，要想降低热阻，则需要提高所用材料的导热系由以上公式可以看出，要想降低热阻，则需要提高所用材料的导热系数，在数，在PCBPCB板与散热器之间的散热膏，既要有很好的导热系数，也要板与散热器之间的散热膏，既要有很好的导热系数，也要尽量涂得薄且均匀。尽量涂得薄且均匀。结温对结温对LEDLED光参数的影响光参数的影响 LEDLED的结温越高，光输出也会减少，则光衰会越快，所以在选择的结温越高，光输出也会减少，则光衰会越快，所以在选择LEDLED时不时不仅要关注光参数，更要注意结温和热阻，这些参数直接决定了

24、仅要关注光参数，更要注意结温和热阻，这些参数直接决定了LEDLED的寿的寿命命LEDLED结温的计算方法结温的计算方法 市场上市场上LEDLED的热阻，各不相同，好的的热阻，各不相同，好的LEDLED热阻可以做到热阻可以做到6 6/W/W或者或者9 9 /W/W比如比如CREECREE、OSRAMOSRAM等，中等的可以做到等，中等的可以做到10-1210-12 /W/W，再次之的可，再次之的可以做到以做到1515 /W/W，所以在选择，所以在选择LEDLED时，热阻需要作为一个重点考核的指时，热阻需要作为一个重点考核的指标，且务必要给对方要到热阻测量的记录。标，且务必要给对方要到热阻测量的记

25、录。 一般一般LEDLED供应商会提供一份产品规格书，规格书上提供的结温，一般供应商会提供一份产品规格书，规格书上提供的结温，一般是指是指LEDLED能够承受的最大结温，超过这个数值能够承受的最大结温，超过这个数值LEDLED会发生不可恢复的光会发生不可恢复的光通量衰减，且色温也会发生漂移，目前国产市场上通量衰减，且色温也会发生漂移，目前国产市场上LEDLED的最高结温在的最高结温在110110 -120-120 之间，而之间，而CREECREE的的LEDLED的最高结温能够做到的最高结温能够做到150150 。 所以如果选定了一款所以如果选定了一款LEDLED，为保证灯具的光品质，是先要计算

26、出，为保证灯具的光品质，是先要计算出LEDLED的的结温，才能确定这款灯具的电参数，比如电流等。结温，才能确定这款灯具的电参数，比如电流等。 Tj=TaTj=Ta（负脚温度）（负脚温度）+Rth+Rth（热阻）（热阻）* *u u（输入电压）（输入电压）* *i i（输入电流）（输入电流） 举一例说明举一例说明LELE结温的粗略计算方法：结温的粗略计算方法： 如果如果LEDLED负脚温度为负脚温度为8585，LEDLED两端的电压是两端的电压是3.3V3.3V，电流是，电流是0.4A0.4A，那，那此时此时LEDLED结温是多少？结温是多少？LED的分类额定功率分类：一般把1W及以上的LED称

27、之为大功率，常见的大功率LED有1W/3W/10W等；0.06W，0.2W的为小功率LED；百毫瓦级的则为中功率LED。封装形式分类：在封装类我们又将分为二类，一为直插式LED，如圆头、草帽、钢盔、食人鱼等；二为SMD贴片式LED，如3528、2835、5050、3020、5630等 圆头 5 LEDa、额定功率：0.06Wb、额定电流：20mA 钢盔LED额定功率：0.06W额定电流：20mA 草帽LED额定功率：0.06W额定电流：20mA 5050 LEDa、额定功率：0.2Wb、额定电流：60mA 5051 LEDa、额定功率：1Wb、额定电流：350mA 5630 LEDa、额定功率

28、：0.5Wb、额定电流：150mA 3020 LEDa、额定功率：0.06Wb、额定电流：30mA 3528 LEDa、额定功率：0.06Wb、额定电流：20mA 仿流明封装 LED额定功率：3W额定电流：750mA Cree XPE LEDa、额定功率：3Wb、额定电流：1000mA COB COB系列系列：chip on boardchip on board顾名思义，就是通过粘胶剂或焊料把顾名思义，就是通过粘胶剂或焊料把多多个个LEDLED芯片芯片直接封装在直接封装在PCBPCB板上，再通过引线键合来实现芯片与板上，再通过引线键合来实现芯片与PCBPCB板板间电互联的一种间电互联的一种LE

29、DLED 提高了功率密度，降低了提高了功率密度，降低了LEDLED的热阻，的热阻，目前目前COBCOB市场已经很成熟。市场已经很成熟。我们公司暂未使用的原因：我们公司暂未使用的原因：1 1、成本高、成本高2 2、发光面大，配光要求高、发光面大，配光要求高3 3、散热要求高，对结构要求苛刻、散热要求高，对结构要求苛刻1、体积小： LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。2、电压低： LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。3、寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。4、环保： LED是由无毒的材料构成，不像荧光灯含水银会

30、造成污染，同时LED也可以回收再利用。5、节能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%左右，较节能灯减少40%左右。 LED的主要特点6、响应时间快：LED灯的响应时间为纳秒级。7、LED的正向特性：LED具有普通二极管的单向导电特性。a、LED引脚：长脚为正极，短脚为负极。b、LED底面边缘：平面为正极，凸面为负极。c、极杆：阳极杆为正极，阴极杆（有发射碗的）为负极。 F5 LED极性区分 SMD贴片LED极性区分如右图所示，缺角为负极。SMD贴片LED品种较多，初次使用时用万用表检测，确定极性后在使用。Cree XPE：白色小点为正极（图一）。仿流明LED：支架宽面为正极；窄面为负极（图二）。

31、Cree XBD： 这类LED表面没有标识，需用万用表检测（图3）。为保护回流焊LED，通常来料会选择防静电真空包装袋，仓库在验货时应检查包装袋有无破损，如发现包装袋如右图所示，应拍下照片通知采购返回给供应商。储存环境：温度: 20-30 湿度: 60% RH Max 本产品极容易受潮，所以拆开LED防静电包装后7天内必须使用完，如果干燥剂受潮，或者LED超过正常储存时间，需进行烘烤去潮处理：温度605 条件下烘烤24小时，再用真空包装袋包装，并储存在干燥处。 LED的包装与存储 LED的使用注意事项 静电损坏的LED的产品1、防静电处理（尤其冬天衣服摩擦带电）防静电镊子防靜電無塵衣離子風扇靜

32、電手環桌墊接地人員接地防靜電椅防静电工作台2、不要堆积带LED的PCBu堆放含回流焊LED的PCB组件时，不要使所有重量都集中在LED透镜上，外来的压力会使LED透镜脱落或者会破坏金线。堆放时，应在LED透镜上方留出至少2CM的距离。u请不要用发泡袋直接包装带有LED的PCB组件来自发泡袋装的力会使LED透镜部分受磨损，导致LED亮度降低，或者挤压透镜并使得金线变形。 LED的驱动方式直流稳压（DC）：大小和方向都不变的电压源，我们公司常用的为DC24V驱动AC（交流）：电流方向随时间周期性变化的电流，常用的单相AC220V、三相电AC380V。我们采购的交流电源输入电压为AC220V。恒流：电流大小和方向都恒定不变。常规的大功率LED驱动电流为恒流330mA。PWM：脉宽调制DMX512：一种信号传输协议 LED驱动电路的基本要求1、安全：不会发生爆炸、短路等事故，以免对自己或他人造成伤害或损失。2、稳定：（1）LED正常工作（2）各个元件布局合适，且正常工作（3）抗干扰3、简