LED业务培训资料

发光二极管(LED)

业务培训资料

蒋应林2011-6-3内容提要一、发光二极体(LED)简介二、LED主要制程及物料三、公司主要产品结构介紹四、LED主要光电参数简述五、LED优点及应用六、应用中的注意事项一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,金线或铝线，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具有二极管的特性：正向导通，反向截止。LED发展简史全球LED生产大厂美国Lumileds（Philips）

Cree日本Nichia（日亚化学）ToyodaGosei（丰田合成）德国OSRAM中国大陆亿光、光台、佰鸿、东贝（台资）、雷曼等LED产品分类介绍按封装形式：LAMP、SMD、食人鱼、大功率系列LED光源按功率分：大功率0.5W、1W、3W、5W、10W、50W、100W等等

我们公司为主的小功率0.04W、0.065W按封装尺寸：￠3

、￠4、

￠5、￠8、￠10等按胶体形状：圆形、子弹头、平头、内凹、草帽头等按胶体颜色：无色透明、有色透明、乳白散色、本色散色

LED的五大物料与五大制程

固晶＆焊线图正极负极正极负极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）

24mil40mil（大功率晶片）最新常用的晶片尺寸8*15mil，10*16mil，10*23mil晶片发光原理

晶片是由P层半导体元素，N层半导体元素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。晶片的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屯下电极

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●光的三要素︰顏色(COLOR,HUE)

表示光色彩的種類。彩度(CONTRAST)

表示光同一色系色彩的深淺,通俗意义上来讲，就是颜色的鲜艳程度。

亮度(BRIGHTNESS)

表示光明暗的程度。●光的種類︰γ射線X射線遠紫外線近紫外線可見光線中紫外線近紅外線中紅外線遠紅外線10-3nm1nm10nm100nm280nm315nm380nm780nm1000nm1.5μm5μm100μm1mm極超短波紫外線區紅外線區短波長長波長白色光分成七色光譜稜鏡化學線(由日照產生化學線作用引起)光(人眼所見電磁波範圍)接近光性質有大熱能電波熱線(熱能也稱為熱波)380nm430nm490nm505nm515nm535nm585nm600nm630nm700nm紫色(Purple)藍色(Blue)藍綠色(BluishGreen)翠綠色(Green)純綠色(PureGreen)黃綠色(YellowGreen)黃色(Yellow)橙色(Orange)琥珀色(Amber)紅色(Red)●LED顏色區分紅橙黃綠藍靛紫，為人眼可見之光，是一般人類所能察覺光的波長，介於380～780nm之間。紫色光波以下的波長稱為紫外線，大約介於100nm~380nm。紅色光波以上的波長稱為紅外線，大約介於780nm~1mm。发光二极体(LED)的顏色、彩度、亮度是由晶片所決定。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公司主要产品结构介绍LED晶片用來產生反射效果之杯狀支架陰極環氧樹脂透鏡連接導線(金線)支架陽極陰極支架短於陽極膠體缺口表示陰極LEDLamp結構介紹导电银胶支架(LeadFrame)●LAMP固晶銲線利用銀膠將晶片固定在支架上，然後銲上導線(金線)。HighPowerLEDSMDLED结构

PIN脚LED支架银胶晶片金线环氧树脂LED光电参数1、正向电压（VF）2、波长（λd）3、发光强度（IV）4、发光角LED度（2θ1/2

）5、光通量（Φv）6、色温（CCT）7、显色指数（Ra）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（ColorHue

Wavelength

Spectrum）单位（nm)a.λp:發光體或物體(經由反射或穿透)在分光儀上量得的能量分佈,其峰值位置對應的波長,稱為λp(peak).b.λd:而λd(dominant)是以人眼所見的可見光區(400-700),決定發光體或物體的光線主要落在什麼波長.c.△λ:(半波寬)

测量波长的间隔PeakWavelengthλp:610nm(峰值波長)DominantWavelengthλd:624nm(主波長)△λ:22nm(半波寬)△λLED光电参数定义三，发光强度（luminousIntensity）单位﹕cd(Candla)指发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。计算公式为：Iv＝Φv/Ω式中Ω表示立体角一般而言，光源之光线会向不同方向以不同强度放射出其光通量，在特定方向所放出之可见光之强度称为光强IV与IF成正比LED光电参数定义

四，发光角度（2θ1/2ViewingAngle）定义：在发光强度空间分布图形中，最大发光强度大于最大强度一半时构成的角度，单位是度LED為指方向性元件

½表示發光強度50%時的角度LED亮度与角度成反比亮度相同的兩顆LED,2θ1/2愈大則Iv愈小LED光电参数定义五、光通量（luminousflux）：LED光学窗口中每秒钟所发出的光量的总和。

注1：光通量表示发光体LED发光的多少，发光愈多流明数愈大；注2：光通量用单位流明（Lumen，简写Lm）计量表示，如：12Lm。

概念澄清：1、光通量是指“光的”，所以我们只能说“阳光的光通量”，而不能说是“那块石头的光通量”。2、光通量永远和截面捆绑在一起（比如说：光学窗口），也就是说这个量和面积相关。LED光电参数定义六，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Max

Planck(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（Black

body

locus）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人眼看起来最舒服中间色：3300至6000K冷白色：＞6000K人眼看起来很刺眼，很不舒服色温跟色座标是一对多的关系，我们跟客户谈的时候还需要弄明白客户所要的色区Planckcurve

标准黑体曲线（Black

body

locus）

七、显色指数（Ra）定义：光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。它表示某光源呈现物体颜色的效果。

能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值越接近100，显色性越好。卤素灯作为标准光源，显色指数可以达到99。

符号用Ra表示当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

现阶段室内照明的显色指数要求是80-85。LED光电参数定义LED产品的优点及应用1.LED优点︰●寿命长,理论上为10萬小時，一般大於5萬小時。（是荧光灯的10倍）●发热量低，耗电量小,白炽灯的1/8,荧光灯的1/3）●体积小,重量輕,可封裝成各种类型●堅固耐用,不怕震動。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。●工作溫度穩定性好。●响应时间快,一般為毫微秒(ns)級。●冷光，不是熱光源。●電壓低,可以用太陽能電池作電源，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、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯、头灯等均在逐步采用LED显示。据报道，2001年全世界超高亮度LED在汽车上的用量占26%的份额，一部汽车可用LED200只到300只背光源：

主要是液晶LCD显示器上用的背光源，有白色和其他各种颜色，现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED。据报道，全世界2001年超高亮度LED在背光源上的用量占30%的份额。LED指示灯：广泛用于各种家电，仪器，设备之电源指示例范用应室内装饰照明电视及电脑显视器背光源显示屏背光源LED特点及与灯泡、荧光灯的对比灯泡荧光灯LED材料钨丝汞蒸汽、荧光粉半导体材料发光原理钨丝先加热至白炽状态再发光放电产生的紫外线击发荧光粉发光电子跃进时产生能量,电能转化成光能光源热光源、发热多冷光源、发热少冷光源、不发热电源高电压、大电流高电压、大电流低电压、低电流耗电高中极低寿命约1,500hrs约5,000hrs100,000hrsLED特点及与灯泡、荧光灯的对比灯泡荧光灯LED耐震性弱、易碎弱、易碎强、耐损体积大大小点灯速度慢极慢快色泽复合色复合色纯正颜色变化不能变色少许变化色彩多样方向性无无强辐射性热辐射电磁辐射无LED成品加工及应用注意事项储存环境

+25℃±5℃／65％MAX,密闭包装6个月工作温度

-40℃±5℃~+85℃±5℃工作电流每颗LED（单晶粒）的驱动电流最好在20mA以下焊接要求

1.不要将胶体浸到焊接溶液中去2.当引脚处于热状态时不要对其施加压力

3.若以手工焊接时电烙铁(建议用温控烙铁)须可靠接地不能有漏电现象,焊接温度300℃±5℃,烙铁与LEDPIN脚接触时间一次不可超过3秒且不能触及胶体

4.若以回流焊焊接时:焊接温度240℃±5℃10秒内,焊接过程中焊锡不能触及胶体LED成品加工及应用注意事项LED清洗一般情况下LED不允许清洗，当有清洁要求时

1.任何清洗方法都须在常温下进行，清洗时间不得超过1分钟

2.不要用水清洗LED，因清洗时的残渣会使LEDPIN脚生锈

3.LED有可能在超声波清洗过程中被破坏，为了保证安全在进行大批量清洗前，请先试样。

4.清洗剂的选择请参阅下表：常用清洁溶剂禁用清洁溶剂酒精甲烷稀释剂丙酮二氟脂三氯乙稀LED成品加工及应用注意事项LED存放

1.打开产品的包装袋时请尽快使用；2.一般要求在2天内须使用完毕，若无法在限期内使用完毕，将包装袋重新封口，下次使用前须将产品在60℃条件下烘烤至少12个小时；3.产品不得长期暴露在空气中；

4.产品不得在有腐蚀性气体的环境中存放；LED成品加工及应用注意事项静电防护静电（staticelectricity）