LED的概念简介.ppt

LED的简介,目录,什么是LEDLED光特性LED电特性LED热特性ESD防护,什么是LED,LED的全称Light 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，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。,1、LED的发光原理？发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P-N结。P型半导体里面空穴占主导地位，N型半导体主要是电子。当电流通过PN结作用于晶片时，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。,LED PN结,2、LED白光的发光原理？在发蓝光的芯片上涂能吸收蓝光而发黄光的荧光粉，蓝光激发荧光粉发出的黄光与蓝光混合发出白光。,LED特性,LED的光特性LED的电特性LED的热特性,光通量、光强、亮度和照度,LED光特性,具体如下图指示:,LED光特性,波长光是种电磁波波长决定光的颜色可见光波长从380nm到780nm,色温(TC),以绝对颜色K来表示,即将以标准黑体加热,温度升到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源与黑体颜色相同时,我们将黑体当时的绝对颜色称为该光源之色温。,LED光特性,CIE XYZ系统,红绿蓝是三原色,CIE色区图,K值(色温)越低，光色越偏红。K值(色温)越高，光色越偏蓝。,(不同色温空间效果)图例说明：,色温低,色温高,能源之星的新要求,LED光特性,色坐标 色坐标是一组用来描述颜色的物理量,CIE 1931 xy色度图,LED光特性,CIE 1964xy色度图,显色指数光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做“显色指数”（Ra）。将在日光下的显色指数定义为100，其他光源根据其“变色”和“失真”的程度来定义。,LED光特性,连续光谱照射下的显色性,仅有蓝光和黄光的光照下的显色性,显色指数Ra即用数字来表达显色能力CIE色度坐标系统测试色样,LED光特性,14个色样,LED光特性,发光角度：是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角。,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。单位：每瓦流明（Lm/w）。,LED光特性,LED光特性,寿命：LED的寿命表现为光衰，定义衰减30%的时间为其寿命。,流明维持寿命：指定流明维持百分数达到的时间，用小时表示。额定流明维持寿命：LED光源的实际操作时间将保持为起始光输出的百分数。如L70为70%流明维持的时间。在测试过程中，LED光源的操作必须是在驱动电流相同的情况下，三个壳体温度的最小值。55 和85 为既定的参考点，第3个温度由厂家选定，选定的管壳温度和驱动电流必须代表他们对客户应用的预期，并且必须在建议的操作温度范围内。,X=95-(95-90)*(55-100)/(55-85)=87.5,LED光特性,电流与光通量的关系LED光通量与外加电流有关，电流增加，光通量也随之增大。,LED光特性,电流与相对光通量、相对光效的关系,LED光特性,LED电特性,LED是半导体PN结二极管中的一种，正向导通，反向截止。LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。,LED IV特性曲线,I-V特性是LED芯片性能主要参数。在正向电压小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。,LED电特性,正向电流IF：LED在理想的线性工作区域，在此电流下可维持正常的工作状态。超过此值可能会导致LED的失效。正向电压VF：由LED本身固有的I-V特性曲线决定，在IF条件下所对应的VF。反向电压VR：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏，通常电压为5V。反向电流IR：LED在一定的反向电压（通常为5V）下的反向漏电流。一般正常LED的特性是正向才能导通，反向是无法导通的。所以正常的LED是量测不到IR的数值(IR=0)。但在芯片的制程上产生异常时，有时并无法立即从外观上做 判定，但因为芯片本身的结构产生异常，因而造成LED反向亦能 导通，所以我们可以藉由IR的数值来判定LED的好坏。,正向特性 在二极管两端的正向电压很小时，LED不导通，当正向电压起过一定数值后，LED才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加。反向特性 二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流。击穿特性 当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。这时的反向电压称为反向击穿电压。,LED电特性,电流与电压的关系LED电压与电流有关，电流增大，电压也随之增大。,LED电特性,LED的发光需要电流驱动。输入LED的电能中，只有约15-20%有效复合转化为光，大部分（约80-85%）因无效复合而转化为热。LED是种会发热的冷光源。LED电致发光过程产生的热量和工作环境温度（Ta）的不同，引起LED芯片结温Tj的变化。LED是温度敏感器件，当温度变化时，LED的性能和封装结构都会受到影响，从而影响LED的可靠性。,LED热特性,何处是LED PN结?,LED PN结,LED PN结位于 LED 芯片内部LED 结温(Tj)无法直接测量,LED热特性,芯片节点处是LED发光的唯一來源。在导通电流发光状态下，节点区域将变得非常热。,LED 的结温,当LED在长時间处于高温工作状态下,将会影响光输出及使用寿命。,对于LED的结温能产生影响的因素有：LED周围的环境溫度；出光效率(绝大多数电能转化为热能，产生了结温)；LED封装的散热能力；,LED热特性,为什么LED结温Tj很重要?,结温(Tj)影响LED寿命和长期光通量维持,+10C,+20C,相对光通量（%）,寿命（小时）,X,LED热特性,在大功率LED中，散热是个大问题。若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时(一般是150)，大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。,LED热特性,20K,30K,40K,LED热特性,结温与寿命的关系 随着结温的增加，LED的寿命将会减少。,结温与光通量的关系 随着结温的增加，LED的光通量将会减小。,LED热特性,LED热特性,结温与波长的关系随着结温的增加，LED波长的中心会发生蓝移或红移,从而导致白光的色坐标偏移。,结温与Vf的关系LED PN结上的正向电压具有负的温度系数特性，一般为-(2-4)mV/。,LED热特性,例:10 LED 串联正向电压Vf（Tj=25）=3.3V总电压=10*3.3=33V当结温 Tj=60 时 正向电压Vf=3.3(.004*35)=3.16V总电压=10*3.16=31.6V这事例说明采用恒流驱动是非常重要的,LED热特性,恒流驱动的重要性,热阻的定义,LED热阻描述为LED散热通道上的两个节点之间热功率流的阻值，热阻单位为W,通常用Rth表示。用热阻来衡量LED热量从 PN结通过导热通道将热量导出的能力,低热阻=良好散热。,LED热特性,结温与热阻的关系：T j=Ta+Pd*(Rth)T j：LED结温 Ta：环境温度 Rth：LED的总热阻,LED热特性,LED典型热阻数值,LED热特性,在同一环境条件下，热阻小的LED就能用较高的电流驱动；否则时能降低驱动电流确保LED使用的可靠度。,驱动电流与热阻的关系,良好的热设计结温Tj 85C,LED热特性,差的和良好的热设计,ESD 就是静电泄放。带有静电的物体靠近或接触另一物体，只要它们之间存在电势差，就会发生静电荷传递。这种静电荷传递过程我们称之为静电泄放。当这种静电荷传递的过程强度足够大，大到可以损坏我们的产品，我们就称之为ESD事件。,Page 3,什么是ESD,PN结结构为主的LED，在生产加工过程中受静电感应而产生感应电荷。若得不到及时释放，LED则在它的两个电极上形成的较高电压将直接加上LED芯片的PN结两端。当电压超过LED的抗静电耐压值时，静电电荷将以极短的瞬间(纳秒级别）在LED芯片的两个电极之间进行放电，从而产生功率焦耳的热、形成高温（超过1000），高温将会把LED的PN结熔融破坏，从而造成漏电、短路、死灯等现象。,ESD对LED的影响,LED产品在加工生产的过程中要采取防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，进入生产车间人员做人体静电综合测试等，同时要保证生产车间的湿度在65%左右，以免空气过于干燥产生静电，尤其是绿色LED容易被静电损坏。另外，不同质量档次的LED抗静电能力也不一样，质量档次高的LED抗静电能力要强一些。据统计，由于操作不当，LED产品有30%被静电损坏。,ESD的防护,END谢 谢,