LED基本培訓(xùn)教材(me)

LED基本培訓(xùn)教材

許冰

2009-05-23課程簡(jiǎn)介什么是LED？LED燈源的優(yōu)勢(shì)？LED基本術(shù)語(yǔ)、概念及解釋LED原材料介紹LED應(yīng)用范圍第一講：什么是LEDLED=LightEmittingDiode(發(fā)光二極管)LED燈源的優(yōu)勢(shì)節(jié)能耗電量少3環(huán)保無(wú)污染壽命長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)電壓低、開(kāi)啟時(shí)間短體積小、色彩豐富耐震性特佳相對(duì)冷光源LED燈源的優(yōu)勢(shì)節(jié)能耗電量少

鎢絲燈的光效：8-10Lm/W鹵素?zé)舻墓庑В?5-30Lm/W日光燈的光效：40-50Lm/W節(jié)能燈的光效：60-70Lm/W

LED燈的光效：85-120Lm/WLED燈源的優(yōu)勢(shì)環(huán)保無(wú)污染整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何的有毒有害氣體或污水

產(chǎn)品中的物質(zhì)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞

節(jié)約能源，減少環(huán)境污染舉例：某城市每月10000度電用于白熾燈照明，如改用同功率LED燈照明，可節(jié)約9000度電約32噸標(biāo)準(zhǔn)煤。（根據(jù)國(guó)家發(fā)該委數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算每千瓦時(shí)供電所需煤量為360g）LED燈源的優(yōu)勢(shì)壽命長(zhǎng)鎢絲燈的使用周期：1000小時(shí)鹵素?zé)舻氖褂弥芷冢?000小時(shí)日光燈的使用周期：3000小時(shí)節(jié)能燈的使用周期：8000小時(shí)

LED燈的使用周期：50000小時(shí)LED燈源的優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng)電壓低、開(kāi)啟時(shí)間短操作安全（低于人體安全電壓36V），開(kāi)啟電壓為2-3V，低于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品（110V-220V）。開(kāi)啟時(shí)間約為1/10S且抗閃爍能力強(qiáng)。LED燈源的優(yōu)勢(shì)體積小、色彩豐富

產(chǎn)品體積小，應(yīng)用范圍廣（可應(yīng)用于小型、超薄型產(chǎn)品，如手機(jī)背光、液晶屏背光）

產(chǎn)品顏色種類繁多、色彩豐富（紫、藍(lán)、綠、黃、紅等）還可通過(guò)混光、配光的方式來(lái)達(dá)到所需色彩LED燈源的優(yōu)勢(shì)耐震性特佳、相對(duì)冷光源相對(duì)于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，LED產(chǎn)品的抗摔、抗震、抗擠壓的能力較佳。傳統(tǒng)照明產(chǎn)品在點(diǎn)亮?xí)r會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光、熱量、不可見(jiàn)光

；可見(jiàn)光Led產(chǎn)品在點(diǎn)亮?xí)r只發(fā)出可見(jiàn)光、熱量LED的發(fā)光類別LED發(fā)光可分為可見(jiàn)光與不可見(jiàn)光兩種可見(jiàn)光的范圍380nm-760nm不可見(jiàn)光可分為：<380nm的紫外線

>760nm的紅外線LED發(fā)光顏色的劃分LED的基本組成PPA(塑膠)+支架硅膠/環(huán)氧樹(shù)脂金線晶片銀膠LED的基本組成晶片——發(fā)光器件固晶膠——芯片固定&電路導(dǎo)通支架——承載芯片&外接電路金線——電路導(dǎo)通形成回路環(huán)氧樹(shù)脂/硅膠——保護(hù)芯片、電路&光學(xué)透鏡LED的發(fā)光原理

在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，在擴(kuò)散過(guò)程中這些電子與空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到能量以光和熱的形式釋放。這就是P-N結(jié)的發(fā)光原理。LED的發(fā)光原理

在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成P型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素，使之取代晶格中的硅原子的位置，就形成N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體LED的發(fā)光原理

物質(zhì)總是從高濃度的地方向低濃度的地方運(yùn)動(dòng)，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。當(dāng)把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起時(shí)，在它們的交界面，兩種載流子的濃度差很大，因而P區(qū)的空穴必然向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的自由電子也必然向P區(qū)擴(kuò)散。LED的發(fā)光原理由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而造成空穴與自由電子復(fù)合，所以在交界面附件多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能運(yùn)動(dòng)的稱為空間電荷區(qū)，從而形成內(nèi)電場(chǎng)。隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行空間電荷加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，正好阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。LED芯片的組成元素

發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)、AlGalnP(磷化鋁鎵銦)、GalnN(氮化銦鎵)等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。具有一般的P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?、反向截止、擊穿特性?/p>

波長(zhǎng)和禁帶寬度的關(guān)系：

λ=1240/Eg(Eg可通過(guò)多元半導(dǎo)體化合物的組分來(lái)調(diào)整)LED發(fā)光顏色的劃分videoscreenGaAsInGaNAlInGaPAlInGaPInGaNInGaNGaAs第二講：LED術(shù)語(yǔ)光通量(?)：

發(fā)光體每秒種所發(fā)出的光量之總和即光通量。單位 流明(lm)符號(hào)?LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋光強(qiáng)(I)：點(diǎn)光源在給定方向上，單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。(它描述點(diǎn)光源在某一指定方向上發(fā)出光通量的能力大小)

IV定義的要點(diǎn)：

a.測(cè)量的是點(diǎn)光源

b.給定測(cè)量探頭的面積

c.給定測(cè)量距離(單位立體角)d.給定方向符號(hào)I，單位坎德拉(candela，cd)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋照度(E)：

發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量。照度（E）是光通量與被照射面積之間的比例系數(shù)。（1lux即指1Lm的光通量平均分布在面積為lm2平面上的明亮度）

照度(Lux)=落在某面積的光通量/被照面面積

=光強(qiáng)度/(距離*被照面積)

符號(hào)E,單位勒克斯（Luminance，Lux）

LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋輝度(L)：一光源或一被照面之輝度指其單位面積在某一方向上的光強(qiáng)度密度，也可以說(shuō)是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。輝度=光強(qiáng)度/所見(jiàn)之被照面積符號(hào)L，單位坎德拉每平方米(cd/m2)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋發(fā)光效率(η):代表光源將所消耗的電能轉(zhuǎn)化層光能的效率，以發(fā)出的光通量除以光源所消耗的功率來(lái)表示，它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。發(fā)光效率η=所產(chǎn)生之光通量/消耗電功率符號(hào)η，單位流明每瓦(Lm/W)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋峰值波長(zhǎng)(λP)：光譜中最大處的波長(zhǎng)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋色溫(CCT)：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。

符號(hào)：CCT，單位開(kāi)爾文(K)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋黑體：我們這里指的黑體為絕對(duì)黑體，當(dāng)物體的吸收率為1時(shí),則表示該物體能全部吸收投射來(lái)的的各種波長(zhǎng)的熱輻射線，這種物體稱為絕對(duì)黑體，黑體是對(duì)熱輻射線吸收能力最強(qiáng)的一種理想化物體，實(shí)際物體中沒(méi)有絕對(duì)黑體，一般物體受到輻射時(shí)，對(duì)輻射能量總是有吸收和反射。LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋色溫表明光源色度信息，而不表明光源的溫度。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3300K以下有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺(jué)；色溫在3300-5000K為中間色溫，有爽快的感覺(jué)；色溫在5000K以上有冷的感覺(jué)LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋色溫線標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)圖上的黑體軌跡（普朗克軌跡）在溫度較低時(shí)呈現(xiàn)橙黃色，溫度升高逐漸變?yōu)榘咨瑴囟鹊饺f(wàn)度以上，則呈藍(lán)色，又稱色溫曲線

。如圖所示,這些斜線稱為等相關(guān)色線，在每一條線上的相關(guān)色溫都有一樣的數(shù)值LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋顯色性：

光源對(duì)物體的顯色能力稱為顯(演)色性，它是通過(guò)與同色溫或基準(zhǔn)光源(白熾燈或日光)下，物體外觀顏色的對(duì)比，光所發(fā)射光譜的內(nèi)容決定光源的顏色，對(duì)顏色的顯色性也不相同，相同光色的光源會(huì)有相異的光譜組成，同樣的光色可由許多、少數(shù)甚至僅僅兩個(gè)單色光波縱使而成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色效果。當(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時(shí)會(huì)使顏色產(chǎn)生明顯的色差，色差程度越大，光源對(duì)該色的顯色性越差。平均顯色指數(shù)Ra為100的光源可以讓各種顏色呈現(xiàn)如同被參照光源所照射的顏色。Ra值越低，所呈現(xiàn)的顏色越失真。LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋半功率全角(2θ1/2)：光源發(fā)光角度的一半半功率全角(2θ1/2)角度圖LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋順向電流(ForwardCurrent，IF)

表示向LED施加順?lè)较虻碾娏?。順向電?ForwardVoltage，VF)

表示能使LED正常驅(qū)動(dòng)的順向壓降。逆向電流(ReverseCurrent，IR)

表示向LED施加逆方向一定的電壓后，所測(cè)得通過(guò)PN結(jié)的電流。LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋逆向電壓(ReverseVoltage,VR)表示逆方向向LED施加一定得電壓,用于測(cè)試P/N結(jié)抗逆向電壓的能力。LED術(shù)語(yǔ)概念及解釋崩潰電壓(BreakdownVoltage)向二極管組件所加的電壓為P接負(fù)極而N接正極，當(dāng)所加的電壓在某一特定值以下時(shí)反向電流很小，而當(dāng)所加電壓值大于特定值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，則此特定值就是所謂的崩潰電壓。LED的光電性光學(xué)規(guī)格：光通量(Flux)、發(fā)光強(qiáng)度(Iv)、主波長(zhǎng)(λd)

峰值波長(zhǎng)(λP)、色溫(CCT)、顯色性(CRI)

半功率全角(2θ1/2)電學(xué)規(guī)格： 順向電壓(Vf)、順向電流(If)

崩潰電壓(Vr)、逆向電流(Ir)第三講：原材料介紹成品熒光粉硅膠金線晶片固晶膠支架成品第三講：原材料介紹晶片介紹支架介紹固晶膠介紹金線介紹熒光粉介紹環(huán)氧樹(shù)脂介紹晶片介紹晶片的組成

芯片的基本結(jié)構(gòu)是由焊墊(電極)、P極、N極、基座及發(fā)光層(電子井)組成。晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)

焊墊(電極)：一般分為鋁墊或金墊

P極、N極：是由Ⅲ-Ⅴ元素化合物組成晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)

基底：一般是由Al2O3(藍(lán)寶石)、SiC、Si三種襯底材料的性能比較襯底材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/m*K)膨脹系數(shù)(*10E-6)穩(wěn)定性導(dǎo)熱性成本ESD藍(lán)寶石(Al2O3)461.9一般差中一般硅(Si)1505~20良好低好碳化硅(SiC)490-1.4良好高好晶片介紹晶片的基本結(jié)構(gòu)依PN結(jié)類型可分為：

P/N結(jié)構(gòu)

N/P結(jié)構(gòu)

依電極結(jié)構(gòu)類型可分為：表面單電極結(jié)構(gòu)（垂直結(jié)構(gòu)）表面雙電極結(jié)構(gòu)（水平結(jié)構(gòu)）晶片介紹晶片的磊晶方法

LPE：液相磊晶成長(zhǎng)法

VPE：氣相磊晶成長(zhǎng)法

MBE：分子束磊晶法

SH:單異質(zhì)結(jié)構(gòu)

DH:雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)

MOVCD：有機(jī)金屬氣相磊晶法磊晶方式特色優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主要應(yīng)用註LPE

液相磊晶法以熔融膠的液體材料直接和基板接觸而沉澱晶模操作簡(jiǎn)單磊晶長(zhǎng)成速度快具量產(chǎn)能力磊晶薄度控差磊晶平整度差傳統(tǒng)LEDSH:單異質(zhì)結(jié)構(gòu)

DH:雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)VPE

氣相磊晶法以氣體或電漿材料傳輸至基板促使晶格表面粒子

凝結(jié)(Condensation)

或解離(Desorb)磊晶長(zhǎng)成速度快量產(chǎn)能力尚可磊晶薄度平整度控制不易傳統(tǒng)LEDVCSEL垂直腔面發(fā)射雷射器

HBT=異質(zhì)接面雙極性電晶體MOVPE

有機(jī)金屬

氣相磊晶法將有機(jī)金屬以氣體型式擴(kuò)散至基板促使晶格表面

粒子凝結(jié)磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳成本較高良率低原料取得不易HB-LED

LD

VCSEL

HBTHB=HighBrightness

LD=laserdiode

VCSEL=Vertical-CavitySurface-EmittingLaser

HBT=HeterojunctionbipolartransistorMBE

分子束磊晶法以真空蒸鍍的方式進(jìn)行磊晶，蒸發(fā)的分子以極高

的熱速率，直線前進(jìn)到磊晶基板之上，以快門阻

隔的方式，控制蒸發(fā)分子束，獲得超陡介面磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳量產(chǎn)能力低成本高