昌辉照明-(白光LED)基础知识2011.ppt

1、白光 LED基础知识,昌辉照明,2011年3月,给黑暗城市下个美丽的定义“照明”,总让人不由自主地想起城市的五彩斑斓，还有璀璨灯光上空映着彩光的云朵。,目录内容,一. LED的介绍 1. LED發光原理（冷光源） 2. LED的优点 3. LED分类 4. 白光LED技術概況 5. 几种制作白光LED的方式 6. 白光LED 製造方式之優缺點 7. White LED製造流程 8. LED封装技术和结构 9. LED参数解释 10.LED应用,二. White LED三大市場 1.照明市場 2.汽車市場 3.手機市場 3. 色彩分类：单色、双色、全彩（三色） 4. SMD技术具有可靠性高、易于

2、实现自动化等优点，是目前最流行的一种封装技术,、食人鱼（Flux led） 食人鱼产品主要是顶部LENS的不同种类而改变： 顶部透镜分为：3mm、5mm 、平头与微凸产品。 为改变角度的大小，顶部透镜的高低也不同： 比如3mm的珠子高度有1.35、1.5、1.9mm的 . 按颜色分：红色、绿、蓝、黄、琥珀、黄绿、白色等,D、大功率LED（Power led） 支架型/COB/SIP型大功率有1w、3w、5w、10w等等不同种类,板上芯片直装式（COB）LED封装 COB是Chip On Board（板上芯片直装）的英文缩写，是一种通过银胶或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上，基板一般为高热导

3、的金属基或陶瓷基复合材料（如铝基板或覆铜陶瓷基板等）。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMD相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻（一般为6-12/W）。 系统封装式（SiP）LED封装 SiP（System in Package）是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求，在系统芯片System on Chip（SOC）基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiPLED而言，不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件（如电源、控制电路、光学微结构、传感器等）集成在一起，构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其他封装结构相比，SiP

4、具有工艺兼容性好（可利用已有的电子封装材料和工艺），集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分块测试，开发周期短等优点。,E. 数码管LED（Display）显示 数码管的种类比较繁多:单位、双位、三位、四位、多位、 以及客户要求定做的各种产品。 F.点阵（Dot matrix display） 外形和数码管不同，但性能等相关规格差别不大。,9.LED参数解释,1) 波长 (Wavelength ) 光是一种电磁波 波长决定光的颜色 可见光的波段从紫光(约 380nm )到红光(780nm ) 不可见光的波长 * 红外线长于 780nm * 紫外线短于 380nm (d) 用来表示光的颜色,太

5、阳光色散,2 )正向电压VF (Forward voltage ) 通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。 3 )反向电流IR (Reverse current) 加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。,V,V,4 )光通量v Luminous flux通过发光二极管的正向电流为规定值时，一光源所发射并被人眼感知之 所有辐射能称之为光通量单位流明(LM) 5 ) 发光（或辐射）强度Iv Luminous（or Radiant） intensity 光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv =d/d。单位:mcd 距离d在CIE中规定了两

6、种标准 d1: 100mm d2: 316mm,V,6 )发光效率（lm/w):光源的效率是以其所發出光的流明除以其耗電量所得之值。 7 )热阻(/W):反映阻止热量传递的能力的综合参量,热能从高温区自动地传到低温区。单位时间从高温区流向低温区的热量叫做热流。热量同温差T 成正比。 TQ 式中比例系数叫做热阻。如果T 的单位是，的单位是，则的单位是。 8) 导热率:导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米*度（W/m*K,此处的K可用C代替）.,9) 结点温度:是指LED晶片的PN结温度，结点温度越低则LE

7、D寿命越长，一般晶片可承受125度的结温。（如CREE的晶片结温85度是，LED寿命可达5万小时。） 10）功率因数：所谓功率因数，是指任意二端网络（与外界有二个接点的电路）两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，它等于 采用PFC主要是对变电站有利,举例:原来的PF值为0.6,通过PFC提高到0.95,则变电站的变压器容量可以降低近1/3!国家可以少建1/3的电厂!另外一个作用就是减少电网的谐波污染.,LED PN结上最高结温,所谓最高结温是指确保一个LED器件在正常工作条件下，器件所能承受的最高温度。当环境温度升高时，应适当减小工作电流

8、，直至当环境温度升至临界温度Tj时，将工作电流减至零，此时结温将等于环境温度。 两种原因促使高温下LED输出性能永久性衰减:1.一个原因是材料内结构缺陷的增殖。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低器件的注入效率与发光效率。2.在高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面与电极的快扩散杂质也会引入发光区，形成大量的深能级，同样会加速LED器件性能的衰变。,30,Cree,8 )CIE XY色度图 因白光非单一色光,所以在测试时,白光分色按下图分X,Y值,而其它颜色光按波长来分.,9 )色温 ( Co1or Temperature ) 单位：绝对温度

9、 ( 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” 本身之绝对温度值， 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越多,红色成份也就相对的越少。以发出光色为暖 白色之普通白热灯泡为例，其色温为2700K，而昼光色日光灯之色温为6000K。,注：一般白光色温 2000-3000K 为暖白 3000-5000K 为白偏黄 5000-8000K 为正白 8000-10000K 为冷白 10000以上为白偏蓝,10 )显色性（显示指数） (Color rendering ) 一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩，

10、就如同在太阳光下看东西一样。当然这需视应用之场合及目的而有不同之要求程度。此准据即是光源之演色特性，称之为 平均显色指数(general color rendering index, (Ra)“平均显色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之显色性越好，平均显色性指数Ra为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色。Ra值越低，所呈现之颜色越失真。,36,CIE显色性分组（CIE29.2）,37,表示光谱功率分

11、布的方法，是以直角坐标表示的。X轴以nm为单位的波长值，y坐标是对应一些波长的相对光功率值。要注意，不是相对光通量值)。(卤钨灯),白光led,荧光粉受激发光的光谱功率,39,（a）高压钠灯照明效果 （b）LED灯照明效果,11)发光（或辐射）强度空间分布图 （发光角度）Luminous diagram 反映器件的发光（或辐射）强度空间分布（单位：度），此参数受LED封装外形影响较大。,12 ）LED光/电性参数图,起源于1998年，做为阅读灯用 用作仪表板、面板等照明灯（约60100顆光源/每台车)，取代中型液晶显示器(10吋以下)市場， HP及Osram为主要提供者,1) LED汽車市場的

12、应用,LED耐机械冲击及振动力強：产品寿命长,LED光源反应速度快,LED体积小,10.LED应用,头灯,方向灯、刹车灯,仪表板灯,2 )液晶显示(LCD)的背光 采用LED作为背光源的液晶显示器可用于移动电话、笔记本电脑、 中型尺寸液晶显示器、 TV， 随着液晶显示器在节电型通信产品中的广泛使用，将会对超高亮度LED有更大的需求。,3 )固体照明灯、室内照明 LED固体照明灯的功耗只占白炽灯的10%20%，白炽灯的寿命一般不超过2000小时，而LED灯的寿命长达数万小时。这种体积小、重量轻、方向性好、 节能、寿命长、耐各种恶劣条件的固体光源必将对传统的光源市场造成冲击。,4 )交通信号指示：

13、 用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。采用超高亮度LED取代白炽灯后，其耗电量仅为原来的12%。,5 )屏幕显示 大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。,6 )建筑装饰业 由于LED具有省电、环保、多种色彩等优点，近年来在灯饰行业的应用越来越普遍。,二. White LED三大市場,白光LED 主要具有省电的优点，因此在全球能源危机下，为了节省能源，采用白光LED 是一种必然的趋势。LED芯片封装后可用于照明，由于LED采用半导体制程，LED照明也称半导体照明，半导体照明完全

14、不同于传统的白炽灯、荧光灯照明原理，其具有节能(能耗为白炽灯的1/81/10、节能荧光灯的1/31/2)、环保(可回收、无污染)、可数字化设计等优势，是第四代照明光源，可全面替代白炽灯、荧光灯、汽车灯及各种背光源。 从目前全球LED照明产业进程看，预计在2010-2020年半导体照明市场将以平均6的速度增长。从光源上看目前主要还是以白炽灯、荧光灯为主，按照各国淘汰白炽灯的计划，白炽灯泡即将于2020年全部禁用，LED照明产品将全面进入传统照明领域为全球主要的照明方式因此给了LED照明产业极大的商机。,1).照明市場,绿色趋势,2). 汽车市场,汽车的应用市场，可分为汽车外部使用及内部使用。汽车

15、内部使用包括仪表板、空调、音响等所有的指示灯以及汽车内照明用灯；汽车外部使用方面，则包括第三煞车灯、尾灯、方向灯、侧灯等，所以统计下来一部车大约内、外各需用掉100 颗LED，目前全车内部采用LED 的车厂如奥迪、宝马及福斯等车厂，而其它各车厂也已陆续将汽车内部指示灯改成LED；而汽车外部使用LED 方面，如欧系汽车，将第三煞车灯改成LED 的比率已超过70%，日系车系也超过25%，由以上看来各车厂正陆续采用LED 的趋势仍然不变。LED 在汽车市场的主要成长来源是替代原有指示灯及灯泡照明，因此若我们假设每年汽车出货量为6000 万台来计算，汽车内部若全面替换成LED，则有60 亿颗的需求，若

16、外部也全面替换的话，亦有60 亿颗LED 的需求，也就是若全球每一台车均改换成LED，则一年在汽车市场则有120亿颗LED 的需求，这样的数量较手机的市场还要庞大，显示汽车应用市场有很大的潜力。由于汽车非常着重安全性的考虑，因此对各零件及物料的质量要求也十分严格，所以要成为车厂的供货商，要花长时间与车厂做认证，通常至少要3 年以上的时间。因此，使得要进入该市场的进入障碍相对提高。,3).手机市场&背光板市场,1.2005年在2.53寸手机背光模块全面取代CCFL. 在欧盟利用ROHS的环保指令下预定2006年开始禁止含汞产品如CCFL的使用这将加速LED应用的普及化 2. 2006年全球手机销

17、售比2005年预计增加百份之三十超越八亿支因此LED的应用比重也呈现相关倍数的成长 3. 2006年LED的发展主要集中在手机，车用零件和中小尺寸的背光模块（如710寸车用显示面板，12-15寸手提和桌上型计算机屏幕面板20寸以上 LCDTV）,Worldwide LCD Demand,(M pcs),Backlight Forecast,Color Gamut for BLM,Product Roadmap for LED Backlighting,无,潜 力,无,1206 , 1210 Mini SMDLED, STD SMDLED,手机用途LED-(0603,0604, 0805, Mi

18、ni MultiLED),低,白光LED - 大尺寸背光源,Power Led 路灯照明用途LED-,中,LED全彩看板,高,低,中,高,产品 类别,白光 LED 小尺寸背光源,白光LED - 中尺寸背光源,4).市场预测,预计开发之新产品： 中小尺寸(20寸以下)LED背光源(LED 020,3020,2835) 大尺寸LED背光模組(20寸以上) 高功率LED元件(1W3W, 6W.) RGB LED產品 质室內照明燈路燈,LED市场预测,从整体经济面来看，LED照明业界推测，日本强震后，对于财政及经济成长力道将造成冲击，不过灾后重建将引发资金回流，使得日圆可望走强，并预料将引发日本政府进

19、行大规模的社会重建措施，具有环保节能概念的新能源产品将更受重视。日本在采用LED照明等产品脚步较早，随着日本震后亟需重建，业界预期，未来对于节能环保产品的需求将会大增。,据统计，目前全球通用照明市场规模为630亿到700亿美元。特别是随着现代社会的经济发展，环境污染和能源消耗问题日益严重，节能环保的照明方式越来越成为各国政府关注的重点，而半导体照明由于在环保和节能上的出色性能，逐渐得到了各国政府及商业机构的支持和推广。而随着LED芯片价格与发光效率的逐步提升，半导体照明向通用照明各个领域渗透的商业条件也越来越成熟。目前LED实验室发光效率达到了208lmW，已经远远优于传统照明方式，在可预期的

20、未来LED的发光效率还会进一步显著提高。,因此，各国政府在半导体的应用领域纷纷推出了补贴计划（补贴额达到了产品价格的30至55），大力鼓励半导体照明的普及和应用。目前，LED产业已形成美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的竞争格局。PHILIPS、GE、 CREE 、 Osram、 Nichia 等以其在高端芯片领域的技术创新优势，占据了LED上游的主导地位。 Philip、 Osram、 GE、 Lemnis等国外知名的应用企业，并得到完备的工业体系支撑。中国台湾地区LED产业近年来迅速崛起，其芯片及封装业务在世界范围内具有较大影响力。近年来，我国LED产业发展迅速，在国家政策的支持和下游应用需求

21、的带动下，形成了较为完整的LED产业链，我国 LED 产业主要聚集在长三角、珠三角、闽三角等地区，有一定的产业集群效应。,在我国，2009年5月，由科技部颁发了十城万盏半导体照明应用工程试点，在北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市投资使用100万盏LED市政照明灯具，2010-2012年在全中国完成50个半导体照明示范城市建设工作，应用200万盏LED市政照明灯具。预计在未来几年，半导体照明将随着整个LED产业集群规模的不断扩大，而进入高速发展阶段。,中国半导体照明行业市场,中国半导体照明行业市场规模分析,中国的照明产业经过了50多年的发展，已经逐步形成了以白炽灯、荧光灯等传统灯具为主体

22、的照明市场。据中国照明协会统计，自1999年以来，中国照明市场进入快速发展阶段，整体市场规模已经从1999年的450亿元发展到2008年的3000亿元（包含照明出口量）。根据2009年国家发改委等部门公布的半导体照明节能产业发展意见，到2015年，半导体照明节能产业产值年均增长率在30左右，功能性照明达到20左右，液晶背光源达到50以上，景观装饰等产品市场占有率达到70以上。传统的白炽灯等照明灯具将逐步退出照明市场， “白炽灯将于2012年受到全球范围内的禁产禁售。,从半导体照明的应用领域来看，目前主要分布在户外照明、景观亮化和室内照明三个主要领域。随着LED芯片性价比的提高，以及综合配光设计

23、、控制设计、散热设计、灯具设计、动力设计等因素、面向不同光环境应用特点的各类半导体照明解决方案体系的完善与成熟，半导体照明已经越来越多的渗透进传统照明领域，逐渐得到广泛的应用和推广。,节能减碳大时代 LED照明“飞入寻常百姓家”,世界经济的飞速发展所带来的能源需求已使我们的地球不堪重负，人类如何才能挑起节能减碳的历史重任LED人类未来的绿色照明生活。,北京奥运会、上海世博会、广州亚运会上什么技术让人印象最深?相信很多人的答案是LED。北京奥运会已经闭幕，但是奥运会上的诸多精彩场面并没有伴随闭幕式而远去，反而愈发清晰。尤其是奥运会开幕式上“击缶而歌”的灯光倒计时、华丽卷轴的如梦山河以及奥运五环的

24、梦幻升空都让人记忆犹新。 这些绚烂的光影，就是全部归功于高科技的环保LED。作为第四代照明光源，LED灯饰美观、节能、寿命长，但是一般家庭用户却对它鲜有耳闻据专家介绍，LED和普通照明相比具有几大优势：,1 、人类未来的绿色照明生活LED还你一个真实的夜晚：随着LED的出现，LED“飞入寻常百姓家”的时间将离我们越来越近。因为LED最接近日光，更能较好反映照射物体的真实颜色，它能让我们的夜晚更加舒适、迷人。 2、寿命长：LED照明灯具的寿命一般可长达3-5年以上，而普通日光灯一般半年一换，使用LED照明灯具不仅让你节省了费用，而且摆脱了频繁更换灯泡的烦恼。 3、节能减碳：我们以40W的室内日光

25、灯做对比，和它达到同样亮度的LED室内灯只需要16W左右，节能60%以上，很大程度上能够缓解人类未来节能减碳的压力。,“同样的耗电量，LED灯具的发光总量是白炽灯的10倍，是荧光灯的1.5倍。随着技术的不断改进，LED发光效率还有很大的增长空间，LED照明灯的理论使用寿命为10万小时，是荧光灯的10倍、白炽灯的100倍。而且LED照明成功解决了汞污染的问题，是一种既节能又清洁的光源。” ：“我国LED产业已实现了4个世界第一：LED全彩屏、LED交通信号灯、太阳能LED灯以及LED通用照明的生产量都是世界第一。LED通用照明领域的启动，未来的LED照明将与建筑、家居融为一体。,由于目前LED产

26、品质量参差不齐,在没有相关国家标准的情况下,消费者难以辨别LED产品的好坏,以致LED这个新兴市场起步之初就遭“毁誉”。 中山大学佛山研究院常务副院长王孟源认为,在LED推广阶段,企业不要“纠结”于LED照明的节能效果。“目前国内百姓对电力资源的环保概念还比较薄弱,节能还不是最好的卖点。”他同时指出,LED只有在接近太阳光色温80以上时对人的视力是舒适和健康的,但市面上很多LED产品色温只有70左右,对人眼反而是损伤的。,目前国内LED照明灯具的室内照明主要集中在装饰照明，比如一些娱乐场所、商业照明和公共照明比如地下停车场、星级宾馆走廊等，尚未真正进入市场巨大的普通家用照明。作为未来照明的发展

27、趋势，总体来看，可将LED灯泡在照明市场的成长大致分为三个阶段：2012年以前白炽灯、荧光灯及节能灯将是灯泡照明的主要光源，而LED价格偏高，处于示范阶段，主要是替换白炽灯。2012-2014年，随着全球白炽灯禁产禁用政策的依序落实，使得白炽灯在2012年后在市场上将逐渐消失。此阶段，节能灯市场预计开始进入成长高峰期，将占据照明市场主要份额。但预计至2014年LED灯泡将大幅替换白炽灯、荧光灯等进入成熟时期。与此同时，LED灯泡的成本正不断下降，随着近年投入LED照明灯具的厂家不断增多，其价格下滑速度将会更快，LED市场的爆发也有可能会提前12年。 无论是传统照明企业还是LED照明企业，找准并发挥自己优势非常重要。,室内照明市场 室内照明市场主要包括商场室内照明、酒店室内照明、写字楼室内照明、以及家居照明等。从市场规模上看，室内照明市场由于应用群体的广泛将成长为规模最大的市场。随着LED灯具的价格逐渐降低，LED照明将逐