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五大物料五大製程晶片支架固晶銀膠金線銲線環氧樹脂封膠切腳測試固晶＆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。HOLE電洞++++++------發光P層N層電子發光晶片的结构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+BlueChip2chips型:BlueChip+YellowChip1chip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℃ForwardVoltagevs.ForwardCurrent(Ta=25℃)1101001.52.02.53.03.54.04.55.05.5ForwardVoltageVF(V)ForwardCurrentIF(mA)LED光电参数定义二，发光颜色，波长（ColorHueWavelengthSpectrum）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)SpectralRadiance(Peak@610nm)0.00.20.40.60.81.0520540560580600620640660680700WaveLength(nm)NormalizedResponse△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ForwardCurrentvs.RelativeLuminosity(Ta=25℃)0.00.51.01.52.02.53.03.54.0020406080100120ForwardCurrentIF(mA)RelativeLuminosity(a.u)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MaxPlanck(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（Blackbodylocus）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（Blackbodylocus）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