LED基礎(chǔ)知識(shí)原理課件

LED基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)2011年8月第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)篇

◆LED的基礎(chǔ)知識(shí)◆照明的基礎(chǔ)知識(shí)LED的基礎(chǔ)知識(shí)LED是什么LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理LED光源的特點(diǎn)LED的特性(技術(shù)指標(biāo))LED的分類LED的應(yīng)用LED使用注意事項(xiàng)二、LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性好.發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。三、LED光源的特點(diǎn)電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6~24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50%響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)環(huán)保：無有害金屬汞顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上300～500只二極管構(gòu)成。LED不但色彩飽和，而且設(shè)計(jì)靈活，此外，與傳統(tǒng)白光源相比，LED節(jié)能80~90%，并且光束不產(chǎn)生熱量。在白光應(yīng)用中，LED的發(fā)光效率是白熾燈及鹵素?zé)舻?倍以上，并且最好的白色LED比標(biāo)準(zhǔn)60~100W白熾燈(17Lm/W)的效率要高出許多。目前，在實(shí)驗(yàn)室中演示的白色LED的發(fā)光效率已接近熒光燈(80Lm/W)。LED的主要缺點(diǎn)是成本高、光輸出低，這是LED技術(shù)攻關(guān)要解決的主要問題，最近幾年已取得較大進(jìn)展。對(duì)商業(yè)白色LED來說，利用大面積芯片及特殊封裝技術(shù)可以使每個(gè)器件的光輸出提高100倍，并使每流明光輸出的成本下降80%。四、LED的特性1．極限參數(shù)允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。工作環(huán)境topm：發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2．電參數(shù)的意義光譜分布和峰值波長：某一個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長。由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長λ0的光強(qiáng)最大，該波長為峰值波長。發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線(對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為(1/683)W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉(符號(hào)為cd)。由于一般LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉(mcd)作單位。光譜半寬度Δλ:它表示發(fā)光管的光譜純度.是指光譜圖中1/2峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長之間隔.正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖4表示。在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR五、LED的分類1．按發(fā)光管發(fā)光顏色分按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色(又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠)、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。

2．按發(fā)光管出光面特征分按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ3mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1(3/4)；把φ4.4mm的記作T-1(1/4)。由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：(1)高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°~20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。(2)標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°~45°。(3)散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°~90°或更大，散射劑的量較大。六、LED的應(yīng)用由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓VRm的限制，使用時(shí)，應(yīng)保證不超過此值。為安全起見，實(shí)際電流IF應(yīng)在0.6IFm以下。LED被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。1．普通發(fā)光二極管的檢測(cè)(1)用萬用表檢測(cè)。利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或?yàn)椤?，反向電阻值很小或?yàn)?，則易損壞。這種檢測(cè)方法，不能實(shí)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)椤?0kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。若有兩塊指針萬用表(最好同型號(hào))可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測(cè)發(fā)光管的正極(P區(qū))，余下的“+”筆接被測(cè)發(fā)光管的負(fù)極(N區(qū))。兩塊萬用表均置×10Ω擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用表均撥至×1Ω若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開始測(cè)量就將兩塊萬用表置于×1Ω，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。(2)外接電源測(cè)量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表(指針式或數(shù)字式皆可)可以較準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測(cè)得VF在1.4~3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說明發(fā)光正常。如果測(cè)得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說明發(fā)光管已壞。2．紅外發(fā)光二極管的檢測(cè)由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射1～3μm的紅外光，人眼看不到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW，不同型號(hào)的紅外LED發(fā)光強(qiáng)度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3～2.5V。正是由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測(cè)法只能判定其PN結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準(zhǔn)備一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光電池)作接收器。用萬用表測(cè)光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當(dāng)正向電流后是否發(fā)射紅外光。2.亮度的測(cè)試和產(chǎn)品使用說明a)檢測(cè)和使用LED時(shí)，必須給每個(gè)LED提供相同電流即恒流檢測(cè)，才能保證檢測(cè)亮度一致，電流最好不要超過20mA，最好使用15-19mA的電流。b)使用分光分色的產(chǎn)品時(shí)，請(qǐng)按BIN號(hào)的先后順序歸類使用，不能把不同BIN號(hào)LED混合使用在同一產(chǎn)品中，以免產(chǎn)生顏色、亮度、電壓的差異。如果要混BIN號(hào)使用，相鄰BIN號(hào)可放一起，但盡量避免。3.防靜電注意事項(xiàng)a)所有接觸LED的設(shè)備和儀器必須接地良好，特別焊接的烙鐵和錫爐必須接地良好。b)操作人員必須佩帶接地的防靜電手腕，穿防靜電鞋及防靜電衣服。c)防靜電手腕必須每天進(jìn)行測(cè)試，不合格的必須更換。d)若LED有被靜電損害，會(huì)顯示一些不良特性：漏電電流增加，靜態(tài)順向電壓降低或上升，在低電流測(cè)試下不亮或發(fā)光不正常。4.LED焊接條件a)烙鐵焊接：烙鐵(最高30W)尖端溫度不超過300℃；焊接時(shí)間不超過3秒；焊接時(shí)間不超過3秒；焊接位置至少離膠體3毫米。b)浸焊：浸焊最高溫度260℃；浸焊時(shí)間不超過5秒；浸焊位置至少離膠體2毫米。6.LED安裝方法a)注意各類器件外線的排列，以防極性裝錯(cuò)。器件不可與發(fā)熱元件靠得太近；b)務(wù)必不要在引腳變形的情況下安裝LED；c)當(dāng)決定在孔中安裝時(shí)，計(jì)算好面孔及線路板上孔距的尺寸和公差以免支架受過度的壓力；d)安裝LED時(shí)，建議用導(dǎo)套定位；e)在焊接溫度回到正常以前，必須避免使LED受到任何的震動(dòng)或外力。7.清洗

當(dāng)用化學(xué)品清洗膠體時(shí)必須特別小心，因?yàn)橛行┗瘜W(xué)品對(duì)膠體表面有損傷并引起褪色如三氯乙烯、丙酮等?？捎靡掖疾潦?、浸漬，時(shí)間在常溫下不超過3分鐘。照度E：發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量。單位：勒克斯(Lux)=流明Lm/面積m2。亮度L：發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量。單位：尼脫(mcd)。光效：電光源將電能轉(zhuǎn)化為光的能力，以發(fā)出的光通量除以耗電量來表示。單位：每瓦流明(Lm/W)。平均壽命：指一批燈至50%的數(shù)量損壞時(shí)的小時(shí)數(shù)。單位：小時(shí)(h)。經(jīng)濟(jì)壽命：在同時(shí)考慮燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時(shí)數(shù)。室外的光源為70%，室內(nèi)的光源為80%。色溫：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。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000K以下有溫暖的感覺，達(dá)到穩(wěn)重的氣氛；色溫在3000K~5000K為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000K以上有冷的感覺。單位：K。顯色性：光源的顯色性是由顯色指數(shù)來表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光(太陽能)照明時(shí)顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。要正確表現(xiàn)物體本來的顏色，需使用顯色指數(shù)高的光源。單位：Ra。色表：是指人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色。街道高壓鈉燈發(fā)出的光既亮且白，但當(dāng)看到被照射的人的面孔時(shí)顯表灰色，這說明高壓鈉燈的色表并不差，但顯色性不好。眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，則可以造成視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。燈具效率:燈具效率(光輸出系數(shù))是衡量燈具利用能量效率的重要標(biāo)準(zhǔn)，它是燈具輸出的光通量與燈具內(nèi)光源輸出的光通量之間的比例。燈具的配光或光強(qiáng)分布：用曲線或表格表示燈具在空間各方向的光輸出強(qiáng)度分布值成為燈具的配光曲線或光分布曲線，它是表示燈具照明功能的重要特性參數(shù)。二、光色/色溫的應(yīng)用第二部分、LED照明市場(chǎng)分析

LED照明市場(chǎng)目前的情況

2005年，中國LED的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到262.1億只，市場(chǎng)規(guī)模更是突破百億元大關(guān)達(dá)到114.9億元。全球LED市場(chǎng)前景廣闊，吸引了諸多廠商參與LED新產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。而LED在照明行業(yè)里也一直保持升溫狀態(tài)。LED在汽車行業(yè)的應(yīng)用蒸蒸日上，全彩顯示屏、計(jì)算機(jī)顯示屏已經(jīng)普遍采用液晶顯示，LED大量用在情侶mp3、顯示屏、手機(jī)、機(jī)箱外殼。LED具有效率高、光線品質(zhì)好、省電、壽命長等特點(diǎn)，主要用于平面顯示領(lǐng)域、便攜式設(shè)備顯示器、照明以及紅外線LED領(lǐng)域等下游應(yīng)用產(chǎn)品市場(chǎng)。與傳統(tǒng)的光源相比，LED光源體積小、重量輕、方向性好并且可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性，足以對(duì)傳統(tǒng)光源市場(chǎng)造成重大沖擊。隨著LED應(yīng)用范圍的日趨擴(kuò)大，LED的重要性已受到越來越多的注意。因而在全球市場(chǎng)上十分走俏?，F(xiàn)在，隨著各大媒體對(duì)LED的關(guān)注和人們更多的實(shí)際應(yīng)用，大家對(duì)它的了解不斷加深；同時(shí)LED產(chǎn)品的種類變得更加豐富，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，其市場(chǎng)前景一片廣闊。LED產(chǎn)業(yè)鏈勤上光電所在位置勤上光電所在位置勤上光電所在位置LED照明市場(chǎng)的需求、前景

LED應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大LED的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從最初簡單的電器指示燈、LED顯示屏發(fā)展到LCD背光源、景觀照明、室內(nèi)裝飾燈等其他領(lǐng)域。而由于LED具有的長壽命、無污染、低功耗的特性，未來LED還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一代綠色照明光源。為此，美國、韓國、歐盟、中國臺(tái)灣都制定了適合各國國情的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，大力推進(jìn)LED燈進(jìn)入普通照明燈具市場(chǎng)。

室內(nèi)照明將是LED最具市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用。1.顯示屏市場(chǎng)是LED的主要應(yīng)用市場(chǎng)，全彩顯示屏增勢(shì)強(qiáng)勁

2.以手機(jī)應(yīng)用為主的小尺寸背光源市場(chǎng)放緩，中大尺寸特別是7寸背光源將成為新的關(guān)注點(diǎn)

3.汽車車燈市場(chǎng)潛力大，但短期內(nèi)國內(nèi)市場(chǎng)很難啟動(dòng)

4.室內(nèi)裝飾燈市場(chǎng)逐步啟動(dòng)，交通燈置換高峰期即將過去市場(chǎng)進(jìn)入平穩(wěn)增長期