LED初学者资料小结

LED初学者资料
一,LED的概念:
1,LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管,是一种半导体固体发光器件.它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光.
2,LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来.
二,发光的原理:
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子.但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”.当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理.
三,LED光源的基本特征:
１,发光效率高.2, 耗电量少.3,使用寿命长.4,安全可靠性强.5,有利环保.6, 高亮度、低热量.7,多变幻.
四,LED的发展历史.(略)
五,常用术语:
1, LED的颜色: LED的颜色是一个很重要的一项指标, 目前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色.
2, LED的电流: LED的正向极限(IF) 电流多在20mA,而且LED的光衰电流不能大于IF/3,大约15mA和18mA.LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比,当IF>20mA时,亮度的增强已经无法用内眼分出来.因此LED的工作电流一般选在17-19MA左右比较合理.
3,LED的电压: 我们通常所说的是LED的正向电压,就是说LED的正极接电源正极,负极接电源负极. 电压与颜色有关系,红、黄、黄绿的电压是1.8-2.4v之间.白、蓝、翠绿的电压是3.0-3.6v之间.
4, 光通量（F,Flux）: 为一光源所放射出光能量的速率或光的流动速率,为说明光源发光的能力的基本量,即光源每秒钟所发出的可见光量之总和.单位：流明（Lm：Lumen）.
常用白光LED 流明举例：0.06W→3-5LM, 0.2W→13-15LM,1W→60-80LM.
5, LED发光强度（I、Intensity）: 简称光度,指光源的明亮程度.是说从光源一个立体角（单位为Sr）所放射出来的光通量,也就是光源或照明灯具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度,也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量.单位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德拉）, 1000mcd=1 cd（也称烛光）.
6, 照度（E,I luminance）:单位勒克斯即lx（以前叫lux）,即受照平面上接受光通量的密度,可用每一单位面积的光通量来测量.1 lx=1 lm/m2.
7, 亮度:是指物体明暗的程度,定义是单位面积的发光强度.单位：尼特（nit）.
8, 光效:光源发出的光通量除以光源的功率.它是衡量光源节能的重要指标,是以其所发出光的流明除以其耗电量所得之值.单位：每瓦流明（Lm/w）.光源效率（Lm/w）=流明（Lm）/耗电量（W）也就是每一瓦电力所发出光的量,其数值越高表示光源的效率越高,也越为节能.所以效率通常是我们经常要考虑的一个重要的因素.
9,波长:光的色彩强弱变化,是可以通过数据来描述,这种数据叫波长.我们能见到的光的波长,范围在380至780nm之间.单位：纳米（nm）.
10, 色温(Co1or Temperature):光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温. 单位：开尔文（k）.
11, 显色性: 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真的程度；通常叫做"显色指数",单位：Ra.光源的显色性是由显色指数来表明,它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离,能较全面反映光源的颜色特性.显色性高的光源对颜色表现较好,我们所见到的颜色也就接近自然色,显色性低的光源对颜色表现较差,我们所见到的颜色偏差也较大.
(1),忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 (Ra) 高的光源,其数值接近100 ,显色性最好.
(2)效果显色：要鲜明地强调特定色彩,表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果. 12, 发光角度:二极管发光角度也就是其光线散射角度,主要靠二极管生产时加散射剂来控制.有三大类：(1)指向性 (发光角度5°~20°可更小);(2)标准型(发光角度为
20°~45°);(3) 散射型(发光角度为45°~90°或更大).
13,平均寿命:指一批灯至50%的数量损坏时的小时数.单位：小时（h）.
14,经济寿命:在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至特定的小时数.室外的光源为70%,室内的光源为80%.
15, 全彩色:红绿双基色再加上蓝基色,三种基色就构成全彩色.由于构成全彩色的蓝色管和纯绿色管芯较贵,故目前全彩色屏相对较少.
六, LED的分类:
(1)按发光管发光颜色分: 红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等.
(2) 按发光管出光面特征分: 圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等.
(3) 从发光强度角分布图来分:高指向性,标准型和散射型.
(4) 按发光二极管的结构分:全环氧包封,金属底座环氧封装,陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构.
(5)按发光强度和工作电流分:普通亮度的LED（发光强度10mcd）；把发光强度在10～100mcd 间的叫高亮度发光二极管.达到或超过100mcd 的称超高亮度.
(6)按照封装式样和用途分:
A,SMD型--表面贴装二极管或表面贴装元器件.
B,LAMP型--插件.
C,食人鱼型.
D,大功率（power led）.
E,数码管（Display）
F,点阵（LED Dot Matrix）.
七, LED的应用主要可分为三大类：LCD屏背光、LED照明、LED显示.
八, LED外延片基础知识:
(1) LED外延生长的概念和原理
外延生是在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上,气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面,生长出特定单晶薄膜.
(2) LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石.不同的衬底材料,需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术,衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线.
LED外延片衬底材料种类: 蓝宝石（Al2O3）；硅 (Si)；碳化硅（SiC）.
九, LED芯片基础知识:
(1)LED芯片的概念: LED芯片是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光.
(2) LED芯片的组成元素:主要为III-V族元素,主要有砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga、)铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成.
十, LED封装基本知识:
常规LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封.
1, LED封装的分类:
(1) Lamp-LED(垂直LED): Lamp-LED早期出现的是直插LED,它的封装采用灌封的形式.灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧树脂,然后插入压焊好的LED支架,放入烘箱中让环氧树脂固化后,将LED从模腔中脱离出即成型.由于制造工艺相对简单、成本低,有着较高的市场占有率.Lamp-LED一般用于大屏,指示灯等领域.
(2) SMD-LED(表面贴装LED):贴片LED是贴于线路板表面的,适合SMT加工,可回流焊,很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用了更轻的PCB板和反射层材料,改进后去掉了直插LED较重的碳钢材料引脚,使显示反射层需要填充的环氧树脂更少,目的是缩小尺寸,降低重量.
(3) Side-LED(侧发光LED): Side-LED也属于SMD-LED的一种,一般用作背光源.
(4) TOP-LED(顶部发光LED):顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极管.主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯.TOP-LED属于SMD-LED的一种,一般用作大屏.
(5) High-Power-LED(高功率LED): High-Power-LED,大功率LED,用于照明.
(6) Flip Chip-LED(覆晶LED):
2, SMD LED的工艺流程:PCB清洁,点胶,扩晶和固晶片,焊线,封装(灌胶),切割,检测,分光分色,包装等.
3, LED封装器件的性能:LED器件性能指标主要包括亮度/光通量、光衰、失效率、光效、一致性、光学分布等.
(1) 亮度或光通量:小芯片(15mil以下)已可在国内芯片企业大规模量产(尽管有部分外延片来自进口),小芯片亮度已与国外最高亮度产品接近,其亮度要求已能满足95%的LED应用需求,而封装器件的亮度90%程度上取决于芯片亮度.中大尺寸芯片(24mil以上)目前绝大部分依赖进口,每瓦流明值取决于所采购芯片的流明值,封装环节对流明值的影响只有10%.
(2) 光衰:一般研究认为,光衰与芯片关联度不大,与封装材料与工艺关联度最大.影响光衰的封装材料主要有固晶底胶、荧光胶、外封胶等,影响光衰的封装工艺主要有各工序的烘烤温度和时间及材料匹配等.
(3) 失效率:与芯片质量、封装辅助材料、生产工艺、设计水平和管理水平相关.
(4) 光效:LED光效90%取决于芯片的发光效率.
(5) 一致性包括波长一致性、亮度一致性、色温一致性、衰减一致性等前三项一致性是可以通过投料工艺控制和分光分色机筛选达到的.角度一致性往往难以分选出来,需通过优化设计、物料机械精度控制、生产制程严格控制来达到.衰减一致性也与物料控制和工艺控制有关.
(6)光学分布.
4, 提高LED发光效率的技术:
(1) 透明衬底技术;(2) 金属膜反射技术;(3) 表面微结构技术;(4) 倒装芯片技术;(5) 芯片键合技术;(6) 激光剥离技术（LLO）.
十一, LED应用的基础知识:
1, 信息显示(显示屏);
2, 交通信号灯;
3, 汽车用灯;
4, LED背光源;
5, 半导体照明.。