LED基础培训资料

LED基础知识提纲LED基础知识LED的概念，LED的发光原理，LED的历史，LED的结构，LED的基本参数，LED的产品分类，LED的封装的基本工艺，LED使用注意事項1.1LED基本概念及特点LED即发光二极管(也称为半导体发光二极管)LED是通过半导体PN结把电能转化成光能的器件。特点：+-1.LED使用低压电源，单颗供电电压在1点几伏-4点几V之间，安全。2.使用寿命长，LED作为电子－空穴对复合发光，对半导体而言，理论上它的寿命是无限长的。10万-100万小时的寿命概念源于半导体的性能。使用寿命则是指能够发挥作用的寿命，一般当光衰超过50％,LED的寿命就到期了，浴盆效应：初期和后期失效率较高，初始工作还会出现性能高低起伏的退火期,而中间期大多数器件能够正常工作。在同一批LED样本中，统计失效率来评价整体器件水平。在规定时间内，失效率越低，可靠性越好。3.响应时间短：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级4.对环境污染：无有害金属汞。5.能量利用率高：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%6.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300～500只二极管构成半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。其中包括：a，元素半导体：如锗和硅;b，化合物半导体:如砷化镓、磷化镓，硫化镉、硫化锌本征半导体：不含杂质的半导体即纯净的半导体称为本征半导体。N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子;N型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。P型半导体中，多子为空穴。P型半导体中，少子为电子。PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体（Na)++++++++++++++++++++++++N型半导体(Nd)多子(空穴)少子(自由电子)少子(空穴)多子(自由电子)1.2LED的发光原理在正向电压下，因多子舆少子存在浓度差，多子就会产生扩散运动。电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。此时在PN结电子舆空穴复合达到动态平衡，当电压和电流(能量)达到某一定值(最小发光电压和电流)时，多子就跨越PN结，分别进入对方区域与对方多数载流子（多子）复合而发光。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动(多子)内电场E漂移运动(少子)空间电荷区，也称耗尽层。1.3LED的基础知识：历史1、1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，效率0.1lm/W(lumensperwatt流明/瓦),比白炽灯低100倍，售价45$/只。2、1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP(磷砷镓)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。3、1971年，GaP(磷化镓)绿色芯片LED。用途：指示用，长寿命10万小时，可靠4、80年代AlGaAs(镓铝砷)技术使得LED效率达到10流明/瓦，90年代的AlGaInP(磷化铝镓铟)技术使得LED效率达到100流明/瓦。用途：显示，信号用。用于室外的运动信息发布以及汽车的高位刹车灯。5、1994年，中村修二研制出了第一只GaN(氮化镓)基高亮度蓝色发光二极管。用途：由于蓝光LED的出现，人们首次实现红黄蓝LED的全色显示，从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。6、1997年，中村修二和美国人修博特先后研制出了GaN(氮化镓)蓝色发光二极管激发黄光荧光粉得到白光LED，效率不足10lm/W。7、2000年，日亚报道了15lm/W白光LED，8、2003年，日亚报道的光效达到60lm/W，2006年3月，其光效达到100lm/W，9、2006年7月，Cree公司报道了130lm/W白光LED，10、2006年11月，日亚报道的光效达到150lm/W，其效率已经超过节能灯，实现了真正意义上的照明。11、2007年3月，美国CREE公司光效达到157lm/W，目前LED的效率向200Lm/W前进。载体環氧樹脂金線晶粒PIN脚SMDLED結構介紹1.4LED结构白色银胶DIPLED結構介紹LED晶片用來產生反射效果之杯狀支架陰極(利用導電銀膠來接合)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银胶1.5LED的特性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0.6·IFm以下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1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。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IR10μA以下。V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示,应用电路如下图:VfIfIrVr1．电参数的意义正向工作电压Vf@If反向漏电流Ir@Vr功率P=Vf*If上图(a)中的电阻R≈（E-VF）/IF；图(b)中的R≈（1.4Vi-VF）/IF;图(c)中的R≈Vi/IF普通发光二极管的检测1）用万用表检测。利用具有二极管挡的数字万用表可以大致判断发光二极管的极性。正向接通时，发光二极管发光，反向接通时，则不发光。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为部分数字万用表不能向LED提供较大正向电流。2）外接电源测量。用大于LED的VfMax的直流电源，按下图5所示连接电路，将电源电流恒定限制在20mA，如果测得VF在该LED的Vf标准规格值之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF接近电源电压，且不发光，说明发光管已坏。2．极限参数的意义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,通常为5V。4）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。3.光学参数的意义峰值波长（lp，nm），半峰宽（FWHM，nm）：光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔色纯度：反应了单色光和白光的比例主波长（ld，nm），视觉函数（V（l））主波长为人眼视觉的所感觉的波长,峰值波长为光谱能量分布中,能量最大所对应的波长值光通量（Lf，lm）：指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1流明”。英文缩写(lm)。发光强度(即光强Iv,Lop，mcd或其他单位有烛光，支光）:单位立体角内的光通量.。1cd是指单色光源（频率540X10ˇ12HZ，波长0.550微米）的光，在给定方向上（该方向上的辐射强度为（1/683）瓦特/球面度））的单位立体角内发出的发光强度。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。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。发光功率（Po，mW)，发光效率（Le，lm/W）发光效率就是光通量与电功率之比。照度(illumination，lm/m2,lux）:单位面积上光通量，被照表面的明亮情况。亮度（luminance，Cd/m2)：单位面积上的发光强度。光源的明亮情况。色温：与光源有相同光色的绝对黑体的温度值。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5400K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。此温度值对应色品图上的普朗克曲线。但一般光源不会正好落在这条线上，因此光源的色温用相对色温表示，经验公式如下：432669799366070475652cTAAAA0.3290.187xAy色品图CIE1931,色坐标，1931年国际照明委员会确认三刺激值作为颜色的基准色，其他颜色可以从三刺激组合而成，因为三个坐标值之和X+Y+Z=1,所以色坐标往往用（x，y）表示。显色指数：光源还原被照射物体颜色的能力。式中，，LED光度测量原理３．１光强度的测量方法把光强标准灯，LED和配有V（λ）滤光片的硅光电二极管安装和调试在光具座上，特别是严格地调灯丝位置，LED发光部位及接受面位置。先用光强标准灯校准硅光电二极管，Ｃ＝E/S式中Ｅｓ＝IS/(d2s)ｄｓ是标准灯与接受器之间的距离，Ｉｓ是标准灯的光强度，Ｒｓ是标准灯的响应。Ｅｓ＝Ｃ·Ｒｔ式中Ｅｔ是被测ＬＥＤ的照度，Ｒｔ是被测ＬＥＤ的响应，则ＬＥＤ的光强度Ｉｔ为：Ｉｔ＝Ｅｔ·d2ｔ式中ｄｔ是LED与接受面之距离。对于LED来讲，其发光面是圆盖形状的，光分布是很特殊的，所以在不同的测量距离下，光强值会变化，偏离距离平方反比定律，即使固定了测量距离，但是由于接受器接受面积不同，其光强值也会变化。因此，为了提高测量精度，应该把测量距离和接受面积大小相对地给予固定为好。例如，测量距离按照GIE推荐采用316ｍｍ，接受器面积固定为10×10ｍｍ。在同一测量距离下，LED转角不同，其光强也相应地有变化，因此为了获得最佳值，最好读出最大读数Ｒｔ为佳。３．２光通量的测量方法光通量测量在变角光度计的转台上进行，转台上安转了LED，该转台在其水平面上绕着垂直轴旋转±90度，LED在垂直面上绕着测光轴旋转360度。在水平面上和垂直面上的转角的控制是通过步进马达来实现的。转台在导轨上随意移动，当测量标准灯时，转台应离开导轨。测量时大转盘在水平面上绕垂直轴旋转，步进角度为0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋转，在每一个水平角度下，垂直平面上每隔18°进行一次信号采集，转完360°之后共采集到20个数据，按下式计算总光通量。如果大盘旋转０°～90°时，小盘转０°～360°即可。但是大盘旋转0°～90°时，有可能ＬＥＤ安装不均匀（不对称）而引起误差，因此最好的解决办法是大盘转－９０°～０°～９０°，小盘仍然转０°～３６０°，把大盘０°～９０°和－９０°～０°两个范围内绝对值相等的角度上的照度值取平均值来作为０°～９０°内的值。LED总光通量测量的第二种方法是积分求法。此方法的优点是简单易行，但测量精度不高。LED的总光通量计算方法如下，先计算离积分球入射窗口（入射窗口面积Ａ）１距离上标准灯（光强值Ｉｓ）进入积分球内的光通量Φｓ，Φｓ＝Ｉｓ·Ａ／Ｉ2读出接收器上的光电流信号ｉs，然后把LED置于窗口上，读出相应的接收器光电流信号it，则LED的总光通量Φ为：Φt=It/IsΦs·K式中Ｋ为色修正系数。K=３．３LED的光谱功率分布测量方法：发光二极管的光谱功率分布测量，目的是掌握LED的光谱特性和色度，再者是为了对已测得的LED的光度量值进行修正。在测量LED光谱功率分布时，应注意以下几点，一个是在与标准光谱辐照度进行比较时由于标准灯的光谱辐强度比LED强得多，为了避免这个问题，最好在标准灯前加一个中性滤光片，使它的光谱辐强度接近于L