LED基本工作原理.doc

LED部分基本工作原理
1 LED的原理概述
发光二极管主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。其发光体--晶片的尺寸一般为 8.9.10.12..13.14mil （1mil=0.0254 毫米），目前市面上晶片尺寸越来越大,超过40mil。其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

2 发光二极管的伏安特性
顺向电压(VF)v.s.顺向电流(IF);
逆向电压(VR)v.s.逆向电流(IR);
LED是电流驱动元件,非电压驱动元件;
测试时,VR =5V时,IR <10μA也就是说:IR =10μA时, VR>5V;
电流从正极PIN脚流入，经金线流至芯片正极（P极），再流至芯片P/N结，从而激发芯片发光（芯片为P/N结处发光），再流至N结，至杯底后经短脚流出，而形成一完整的封闭电路

通常芯片设计时考虑其正常工作电流为20mA，因此，使用发光二极管及生产测试时，通过发光二极管的电流均为20mA，此电流称为正向电流（If）。

伏安特性曲线图

LED光电特性参数
1 、三要素
LED的VF,IV,λd(x,y)称为其光电特性三要素;
IV是指在一定正向电流下的亮度;
λd是指其主波长;波长决定了发光的颜色。X,Y是指在CIE光谙图中色度坐标系统中的坐标值。可見光的波段从紫光(約 380nm )到紅光(770nm )       
不可見光的波長 紅外線長於 770nm 紫外線短於 380nm。
VF顺向电压
,一般： 红、黄、黄绿，VF值在1.8-2.3V蓝、绿、紫，VF值在2。8-3.6V之间。

2、IF顺向电流
IF 值通常为 20mA 被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流. IF 增大时 LAMP 的颜色、亮度、 VF 特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件， IF 值增大：寿命缩短、 VF 值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变.
3、.VR反向电压
由于 LAMP 是二极管具有单向导电特性 ，反向通电时反向电流为 0 ，而反向电压高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用“ VR ”来表示。
VR 特性：
1 ＞ VR 是衡量 P/N 结反向耐压特性，当然 VR 赿高赿好； R Y YG O VR可以做到20-40V红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到 15 － 20V。 B PG可以做到5V以上.
2 IR（反向加电压时流过的电流） 特性：
① IR 是反映二极管的反向特性， IR 值太大说明 P/N 结特性不好，快被击穿； IR 值太小或为 0 说明二极管的反向很好；IR一般要求是10ūA以下。
②通常 IR 值较大时 VR 值相对会小， IR 值较小时 VR 值相对会大；
③ IR 的大小与晶片本身和封装制程均有关系，制程主要体现在银胶过
多或侧面沾胶，双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使 IR 增
大。
4、IV（LAMP的发光强度，称为亮度）
指 LAMP 有流过电流时的光强，单位一般用毫烛光（ mcd ）来衡量，1000mcd=1cd由于一批晶片做出的 LAMP 光强均不相同，封装厂商会将其按不同的等级分类，分为低、中、高等多个等级，而 LAMP 的价格也与其亮度大小有关系。同一亮度 LAMP 顺向电流越大，亮度越高。亮度还跟角度有关系，同样物料角度越大亮度越低，角度越小，亮度越高，所以要求亮度的同时要考虑到角度的大小.
5、光通量 (Luminous flux,Φ)
指光源每秒钟所发出的量之总和, 单位为：流明 (lumen, lm)一般钨丝灯泡的发光效率在6 - 2 5 L m / w之间，日光灯的发光效率在45-95Lm/w之间。 目前LED超过100LM/W.，
6、照度 (illuminance)单位勒克斯 (Lux, lx)
照度是光通量与被照面之比值。1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。 照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒[克斯](Lux,lx) ，即 1m ／ m2 。 1 勒[克斯]等于 1 流[明](lumen,lm)的光通量均匀分布于 1m2 面积上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量为标准，若倾斜照射则照度下降。

7、W/D（主波长，单位是nm，纳米）
LAMP 正常工作时的颜色特性， 通常用 W/D 来衡量颜色的变化特性，在电流和温度不同的情况下主波长测试值均不相同的，我公司将 W/D 按不同的等级分类。 并用不同的字母表示.
8、△θ（半强度视角，单位是“度”）
发光管 LAMP 发光强度为一半时所对应的角度。角度的大小与晶片体积的 大小、支架碗杯的角度、 杯深、模粒的球面直径、卡点等有关系。角度越大 照出的光圈越大，反之越小。
9、光效(Luninous efficacy of a source)
单位:流明每瓦特(LM/W)光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率的比值.
10、色温（Colour Temperature ）單位：絕對溫度 ( Kelvin, K )
色温表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：钨丝灯为2760-2900K中午阳光为5400K 蓝天为12000-18000K就LED来说，一般2500K-5000K叫暖白色，5000K-6000K叫做正白偏黄色，6000K-10000K叫做白色，10000K以上一般称为偏蓝色

LED应用
一 . 使用注意事项及标准
LED 器件即发光二极管元器件在产品应用中, LED 的焊接,成形,安装,清洗等对其LED 应有的特性影响是一个很大的因素,相应的LED使用和仓储温度等方面也非常重要，包括静电防护等等。现就相关事项作如下几点简要的说明。以期统一标准、规范操作、达到改善LED的使用状况和品质之目的！
（一）LED焊接条件
1、 烙铁焊接：烙铁（最高30W）尖端温度不超过280℃；焊接时间不超过5秒；焊接位置至少离胶体3毫米。
2、 浸焊：浸焊最高温度260℃，浸焊时间不超过5秒，浸焊位置至少离胶体3毫米。
（二） 引脚成形方法
1、 必需离胶体2毫米才能折弯支架。
2、 支架成形必须用夹具或由专业人员来完成。
3、 支架成形必须在焊接前完成。
4、 支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。

5、 注意各类器件外线的排列，以防极性装错。器件不可与发热元件靠得太近，工作条件不要超过其规定的极限。
6、 务必不要在引脚变形的情况下安装LED。
7、 当决定在孔中安装时，计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架受过度的压力。
8、 安装LED时，建议用导套定位。
9、 在焊接温度回到正常以前，必须避免使LED受到任何的震动或外力。
(三) 清冼
当用化学品清洗胶体时必须特别小心，因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯乙烯、丙酮等。可用乙醇檫拭、浸渍，时间在常温下不超过3分钟。
（四）工作及储存温度
LED LAMPS发光二极管 Topr-25℃~85℃ 、 Tstg-40℃~100℃
（五）LED使用注意事项：
（1）　LED是直流器件，反向电压不得大于５ｖ，标准工作电流20mA,最大工作电流30mA,不可以过载，否则LED容易损坏。
（2）　长脚为LED的正极（阳极，接电源正极）.
（3）焊接设备（包括电烙铁、自动焊接机台及测试机台）需接地，操作人员需配备防静电环。
（4）开包装后未使用完应在12小时内封口。
（六）LED静电防护措施
静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性对电子元件的影响：
1、静电吸附灰尘，降低元器件绝缘电阻（缩短寿命）。
2、静电放电破坏，使元器件受损坏不能工作（安全破坏）。
3、静电放电电产或电流产生的热，使元件器受伤（潜在损伤）。
4、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子器件造成干扰甚至损坏（电磁干扰）。
目前针对高亮度LED在使用上存在的最大问题是ESD(静电)的影响。静电是造成LED材料漏电（IR / 反向电流）的主要因素，90%的静电均来源于作业中没有对设备进行接地及操作员没有配备相应的防静电设置，LED在漏电后其亮度和颜色不会即时表现出不良现象,但在正常持久工作时其亮度会明显下降或不稳定及不亮, 因而在制造作业中，除了按照相应的LED操作标准要求控制以外，应在防静电方面做如下一些控制：
1、测试机台需接地
2、人员需配备防静电环.防静电工作服。
3、翻扩晶片时一定要在离子风机正常运转情况下进行。
4、焊线机台四大参数的调整。
5、尽量避免材料有剧烈磨擦，如在材料盘内来回挪动材料及在桌面上反复挪动，材料均易造成漏电。
二LED特点
LED优点
1、工作电压低（ 3-24V ），比高压电源安全
2、耗电量小，发光效率高，消耗能量较同光效的白炽灯减少80%，比荧光灯减少50%
3、发光响应时间极短，纳秒级；白炽灯是毫秒级
4、稳定性：10万小时，光衰为初始的50%
5、光色纯 高透光率，耐热
6、结构牢固，抗冲击，耐振动
7、环保，生产、回收过程无有害金属汞
LED缺点
1、取光率。外量子效率低，折射率物理屏障难以克服。
2、导热。高透光率，耐热
3、光色均匀和光通亮的封装工艺；
4、封装树脂，，热导率低，耐UV和日光辐射及抗潮的封装树脂。
5、涂敷荧光粉胶工艺，目前滴胶工艺落后，成品率低，一致性差，劳动强度大。
6、光衰
三.LED市场应用
1、路灯

2、射灯，洒墙灯，夜景照明
3、车灯 （包括前转向灯、倒车灯、制动尾灯、后转向灯、高位刹车灯。车内的仪表盘、空调、音响等指示灯及内部阅读灯，大众、通用、一汽丰田、奇瑞、日产、起亚、AUDI、新款别克君威、SANTANA）
4、 数码产品用闪光灯摄像头，以白光为主。

5、信号指示用（电子设备功能指示、交通信号灯）
6、景观照明
以小功率和大功率白光为主,矿灯,台灯,路灯, 建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等；
LED 照明光源的主流将是高亮度的白光 LED 。目前，已商品化的白光 LED 多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白 LED ，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场.

四、 白光
1冷白及暖白.
2 角度
LED发光角度又称为功率角度，通常我们使用半功率角度，即50%发光角度时之角度。
影响角度亮度的因素（外形，支架，晶片，胶体颜色 胶水折射率，材料品质一致性）