LED基础知识word版

LED培训课程计划：

一、LED的认识

二、LED的封装

三、白光LED的制作

四、LED的技术指标和测量方法

五、与LED应用有关的技术问题

六、LED的应用

七、大功率LED的驱动

八、大功率LED的应用

一、LED的认识

1 LED的基本概念

LED（Light Emitting Diode）是发光二极管的简称。是一种将电能转化为光能并具有二极管特性的半导体电子器件，根据加在二极管两端电压的大小，利用通过LED的电流使PN结发光，电流大小是由加在发光二极管两端的电压决定。

LED将电能转化为光能的同时也因其内阻而以热的形式辐射，光效越高的LED，其同等功率下产生的热辐射就小。

LED光的波长范围为200~1550nm（包含紫外光和红外光），人眼所感觉到的LED辐射光波长为380~760nm。根据结构和材料的不同，LED的发光颜色也不相同，照明领域使用的LED有两大类：一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金做成的红、橙、黄色的LED；另一类是氮化铟、氮化镓的合金做成的绿、蓝、白色的LED。

1.1 LED的特点

A、节能。普通的白炽灯光效率为10lm/W，节能灯的光效为50lm/W，而LED灯依据LED 工艺的改进，现在可做的光效已达到150lm/W。可见，LED灯发光的光效已远远超过了传统的所有照明光源，随着LED生产工艺的改进，LED的光效还在不断的提高。

B、结构牢固。LED灯是用环氧树脂封装的全固体结构，没有玻璃、灯丝等易受振动、冲击损坏的易损部件。

C、寿命长。普通白炽灯的寿命约为1000小时，荧光灯、金属卤化物灯的寿命不会超过1万小时，而LED的使用寿命可达数万小时到十万小时。

D、环保。荧光灯、汞灯等光源中都含有危害人体健康的汞，这些灯的生产和废弃都会对环境造成污染，并且在使用过程中也因光效不高会产生很大的热量，而LED则没有这些问题，其发光颜色纯正，不含紫外和红外辐射，是一种“清洁”的光源。

E、发光颜色几乎覆盖整个光谱范围，可根据不同的使用场所选择，增大了其使用领域。

F、发光体接近点光源，便于灯具设计。

G、发光响应时间快，是各种信号灯的最好光源。

H、体积小，便于做成薄型灯具，节省安装空间。

1.2、LED芯片的类型

1.2.2 LED按输入功率分

1.2.3 LED的发展趋势

由于LED的材料及生产工艺的不断改进，其光效也在不断提高，但并不是说LED芯片尺寸越大发光就越强。当芯片大于1.666*1.666mm时，发光不会与芯片面积成正比增强，这个面积最大约是3W功率的LED芯片。所以，要得到更大亮度的光源，就需要用多个LED组合成高亮度的光源。

白光LED在2000年只有10lm，而2008年已达到70~80lm，到2010年已达到120~150lm，这已接近专家计算的LED最终大量应用时的光通量，所以人们期待的用白光LED替代白炽灯、荧光灯的照明时代即将来临。

另外，LED白色光源的取得主要有两种途径：一是蓝光LED芯片加上RGB荧光粉激发，RGB基色按比例混合后生成白光；二是紫外光加上荧光粉激发生成白光；三是利用新型的外延材料制作发白光的LED芯片，这是最终的照明光源发展模式。

1.2.4大功率LED芯片

目前，市场上常见的芯片的电流有50mA、70mA、100mA、150mA、200mA、350mA、700mA.等。

对于大功率蓝、绿光芯片，目前常见的有以蓝宝石（AL2O3）或碳化硅（SiC）为衬底的

正装芯片。目前普遍采用倒装芯片的方式封装，一是能提高出光效率；二是可以降低热阻，以利LED芯片点燃时能将热量尽快传出去。

在选用LED时，如果要求不高，就要按照颜色、芯片面积、驱动电流、裸晶亮度这些指标来选择。如果为了确定LED芯片要选用什么支架（热沉），则要考虑LED芯片的面积和高度。所以无论是LED封装厂还是灯具厂，如果要做出好的器件或灯具，首先要考虑的是LED芯片指标，然后再根据封装后LED器件的技术指标选择芯片。这样才能做出好的器件和好的灯具。

大功率LED因其材料和制造工艺的影响，在封装后必须对其光通量、光强、色温、角度、热阻等指标进行测试和分档，以确保批量产品的设计参数一致。

1.2.5 大功率LED芯片制造技术的发展趋势

目前，大功率LED芯片存在的问题是大部分电能消耗在发热上，所以发光效率很低，而发热却十分严重。大功率LED最终的功率效率取决于整个生产流程中的电注入效率、内量子效率、出光效率、封装效率、光转换效率。当前，最大的技术问题是提高内量子效率和出光效率，降低光衰（提高寿命）与降低成本。

二、LED的封装

LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流后就会发光。为了实现输入信号、保护芯片正常工作、输出可见光的功能，在制作工艺上除了要对LED的两个电极进行焊接，从而引出正、负电极外，同时还要对LED芯片和两个电极进行封装保护。

LED的核心发光部分是由P型和N型半导体构成的PN结芯片，当注入PN结的电子与空穴产生复合时，就会发出可见光、紫外光和近红外光。但PN结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的概率，因此并不是芯片产生的所有光都可以发射出来。发光的多少取决于半导体材料的质量、芯片结构、几何形状、封装内部材料与包封材料。因此，对于LED 的封装，要根据LED芯片大小、功率大小来选择。

2.1 引脚式封装

LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外形的引脚，将LED芯片黏结在引线架上。芯片的正极用金丝键合连到另一引线架上，负极用银浆黏结在支架反光杯内或用金丝和反光杯引脚相连，然后顶部用环氧树脂包封，做成直径不同的圆形外形。

LED封装的作用是保护芯片、焊线金丝不受外界侵蚀，固化后的环氧树脂可以形成不同的形状而起到透镜的功能，从而控制光的发射角。芯片的折射率与空气折射率相差很大，使芯片内部的全反射临界角很小，因此芯片发光层产生的光只有小部分被取出，大部分在芯片内部经多次反射而被吸收。选用相应折射率的环氧树脂作为过渡，可以提高芯片的出光效率。环氧树脂构成的管壳具有很好的耐湿性、绝缘性和高机械强度，对芯片发出的光的折射率很高，并且可以选择不同折射率的封装材料。芯片外形的几何开形状对出光效率的影响是不同的，出光光强的分布与芯片结构、光输出方式、封装透镜所用的材料和形状有关。

引脚封装最常用的是Φ3mm、Φ5mm、Φ8mm和Φ10mm单芯封装方式。对于引脚封装的LED，总的要求如下：

A、出光效率要高，要选择好的芯片和封装材料进行一次光学设计，采用合适的工艺，精心操作，达到理想的出光率。

B、均匀性好，合格率高，黑灯率控制在3/10000。

C、光斑均匀，色温一致，引脚干净无污点。

2.1.1 光学设计的基本概念