LED知识

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LED知识
  
5 ]' f% C9 Q% \1 b      LED（Lighy Emitting Diode），又称发光二极管，它们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，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。   
（一）LED的发展历史   
      应用半导体P•N结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。   
4 L) L( R+ U/ g7 B. I' xLED以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见，家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用。   
+ C7 _- E( Q7 d- z% j近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。   
（二）LED发光原理   
9 T3 ^) Z4 f  Z* b' {/ Y8 b- Z      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——晶片的面积为10.12mil（1mil=0.0254平方毫米），目前国际上出现大晶片LED，晶片面积达40mil。   
% C. q  S$ T- m# {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。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，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。   
; Y; [' t. C7 b: h2 W      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光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。   
0 x8 S" V# p+ Y. [  g（三）LED光源的基本特征   
１、发光效率高   
) L, Z4 F. S) ]4 J/ @0 U      LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。   
２、耗电量少   
      LED单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩变化。   
& b, u6 x+ x9 t( ^３、使用寿命长   
      采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5～10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯之苦。   
４、安全可靠性强   
      发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。   
５、有利于环保   
) \+ F& u9 W& z# h) T      LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。

young2006

LED是好,各方面都好,如省能,环保,但我们温州这边做的公司不是多!

sinmk

就是不知道辐射怎么样?

guo-1001

LED确实很好，但好像稳定性不是很好，现在市场上的LED光衰很厉害，请问大功率LED开发应注意哪些问题啊，谢谢

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LED的使用寿命，一般认为在理想状态下有10万小时。实际在使用过程中其光强会随使用时间的推移逐渐衰减，即电能转化为光能的效率逐渐降低。我们能真正使用的有效光强范围应在其衰减到初始光强的70%以上时，寿命是否可以定义为光效逐渐降低至70%的时间段。目前还没有明确的国家标准用来衡量。而且LED的使用寿命与其芯片的质量和封装技术、工艺直接相关，据某LED封装厂的试验数据有些芯片在20mA条件下连续点亮4000小时后其光亮度衰减已达50%。但是随着技术、工艺的提高，光衰时间越来越缓慢，即寿命也越长。

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和其它光源一样，LED的光辐射理论上也能对人体造成危害。伤害主要发生在人的眼睛和皮肤，如皮肤和眼睛的光化学危害、眼睛的近紫外危害、视网膜蓝光光化学危害、视网膜无晶状体光化学危害、视网膜热危害和皮肤热危害等，而两者之中更容易受到伤害的是眼睛。此外，LED也能引起眩光危害。眩光就是在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或在空间或时间上存在着极端的亮度对比，以至引起不舒适和降低物体可见度的视觉条件，眩光是评价照明质量的最重要因素之一。
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但是LED与高强度，高方向性的激光光束不同，在现今的实际应用场合中能够对人眼产生直接危害的LED光源几乎没有（尽管很多标准已经对LED的安全性要求做了规定），所以我们要关心的主要是一些光亮度能够导致人眼眩惑的LED光源。我们称这种危害为眩惑危害，具体是指耀眼的光亮使得人眼花缭乱或产生不利的视觉残留现象的危害，这是我们用于定义介于眩光危害和直接光化学危害的中间阶段而引入的新概念。曾经在夜间行驶的司机可能已经注意到LED的交通红绿灯的亮度看上去很不舒服，而且已经有报告指出一些LED手电筒也能够导致讨厌的眩惑和视觉残留。

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LED灯带生产由于踏入的门槛低，因此销售这类装饰产品的人还真是不少。只有少数有经验的人士才有办法去识别，正规的生产商生产的LED灯带和山寨版的LED灯带（即指在出租屋内全凭人工作业生产出来的产品）是能从外观上一眼看出来的。下面来谈一下如何凭眼睛来识别LED灯带的质量好坏：

    1、看焊点。正规的LED灯带生产商生产的LED灯带是采用SMT贴片工艺，用锡膏和回流焊工艺生产的。因此，LED灯带上的焊点比较光滑而且焊锡量不会多，焊点呈圆弧状从FPC焊盘处往LED电极处延伸。而山寨版LED灯带的焊点焊锡量不均匀，多呈一个圆点包住焊脚，同时会有不同程度的锡尖出现，这是手工焊接的典型现象。
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    2、看FPC质量。FPC分敷铜和压延铜两种，敷铜板的铜箔是凸出来的，细看的话能从焊盘与FPC的连接处看出来。而压延铜是密切和FPC连为一体的，可以任意弯折而不会出现焊盘脱落现象。敷铜板如果弯折过多就会出现焊盘脱落，维修时温度过高也会造成焊盘脱落。
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    3、看LED灯带表面的清洁度。如果采用SMT工艺生产的LED灯带，其表面的清洁度非常好，看不到什么杂质和污渍。但是如果采用手焊工艺生产的山寨版LED灯带，其表面不管如何清洗，都会残留有污渍和清洗的痕迹，同时在FPC表面会有助焊剂和锡渣残留。
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9 c+ _+ f; S9 j- J    4、看包装。正规的LED灯带会采用防静电卷料盘包装，一般会5米一卷或者是10米一卷，然后外面再采用防静电防潮包装袋密封。而山寨版的LED灯带会因为节约成本，而采用回收卷料盘，然后没有防静电防潮包装袋，仔细看卷料盘能看出外表有清除标签时留下的痕迹和划痕。

# }$ k" i% m0 L- o    5、看标签。正规的LED灯带包装袋和卷料盘上面都会有印刷标签，而不是打印的标签。而山寨版的标签是打印的，同时规格和参数不统一。
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* b( ]! ?! g, L# @% y    6、看附件。正规的LED灯带会在包装箱里面附上使用说明和灯带规格书，同时还会配备LED灯带连接器或者是卡座；而山寨版的LED灯带包装箱里则没有这些附件，因为一些厂家毕竟还是能省则省。

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9大影响LED灯带价格的要点。
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    1、LED灯带采用的芯片：芯片有国产和台湾芯片，还有进口芯片（包括美国芯片、日本芯片、德国芯片等）。芯片不同，价格差异很大。目前最贵的是美国芯片，其次是日本芯片和德国芯片，价格适中的是台湾芯片。具体采用什么芯片？要达到什么样的效果？采购之前要先心里有数。国智光用的芯片是CREE大家可以想想价格就要贵多少了。所以目前我们产品主要是用在照明方面用的，很少是用在装饰方面的。
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% s5 R# J( I  q" i    2、LED封装：分树脂封装和硅胶封装。树脂封装的价格要便宜一些，因为散热性能稍差，其他都是一样。硅胶封装的散热性能好，因此价格要比树脂封装的稍贵一点。
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1 D) p8 }: Z, j- C9 X' e    3、 LED颜色的一致性：目前国内有很多封装厂，大大小小加起来也有上千家，当然也就有实力的强弱之分。有很多小的封装厂由于没有分光分色机，因此要么不分光分色，要么就是外发，这样对于品质就很难保证。没有经过分光分色的LED，其颜色一致性较差，装在LED灯带上点亮后的效果就不是那么好，当然价格差异也就比较大。
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    4、LED焊接效果：LED灯带的组装分手工焊接和机器焊接两种，手工焊接就是用烙铁，采用最原始的办法进行焊接。这种作业方式出来的产品一是外观难看（焊点大小不一致、助焊剂残留多、焊点不光滑、LED封装被烫坏等），二是静电保护措施不好，很多LED芯片被击穿，导致通电时出现微亮或者不亮的现象。

    机器焊接就不一样，机器焊接是用回流焊进行焊接，不仅焊接后的产品外观漂亮（焊点大小一致、焊点光滑、无助焊剂残留、LED封装完好），而且不会出现芯片被静电烧坏的现象。同时，LED的位置和方向都比较美观。这个可以从外观上直接看出来。
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: i* N6 Y6 T- d. M4 g* d    5、FPC材质：FPC分压延铜和敷铜两种，敷铜板比较便宜，压延铜比较贵。敷铜板的焊盘在弯折时容易脱落，而压延铜不会。具体采用哪一种材质的FPC，要看采购者自己根据使用环境来做决定。
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; A) }$ F5 u% I/ E    6、FPC有无经过环保认证、UL认证？LED有无专利等。有经过认证和有专利的，价格比较贵，没有的价格便宜。

/ i. ?8 X* ?, T    7、LED的亮度：不同亮度的LED价格不同，普通亮度和高亮的LED价格相差比较悬殊。因此，采购的时候一定要清楚的知道自己需要的是什么样的亮度，这样才能准确的定位自己的产品。
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    8、LED的颜色：颜色不同，价格不一样。白色、绿色由于配色和分光分色比较难，因此价格比其他颜色的价格要高；红、黄、蓝等颜色分光分色比较容易，并且一致性比较好，因此价格稍便宜一些。特殊颜色如紫色、棕色等由于配色原因，其价格是最贵的。
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) d, o5 d8 g. c( d" E    9、LED的尺寸：不同规格大小的LED，价格不同。如0603的LED和1210（即3528）的LED，其价格就相差较大；而1210和5050规格的LED价格又相差一个台阶。

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八大LED制造商
- C0 v1 V: l+ B* Q' K5 `6 c1,CREE
著名LED芯片制造商，美国CREE公司，产品以碳化硅(SiC)，氮化镓(GaN),硅(Si)及相关的化合物为基础,包括蓝,绿,紫外发光二极管(LED),近紫外激光,射频(RF)及微波器件,功率开关器件及适用于生产及科研的碳化硅(SiC)晶圆片
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2,OSRAM
' x" V, S3 T, E/ Z0 e) ~. gOSRAM 是世界第二大光电半导体制造商，产品有照明，传感器，和影像处理器。公司总部位于德国，研发和制造基地在马来西亚，约有3400名员工，2004年销售额为45.9亿欧元。
' Y$ i0 ]9 h5 w$ p9 K3 W! L, p; yOSRAM最出名的产品是LED，长度仅几个毫米，有多种颜色，低功耗，寿命长

% Z$ C3 ~% P+ D( {& H/ i# ~/ O3,NICHIA
, l# B" ~/ c$ L7 b" D日亚化学，著名LED芯片制造商，日本公司，成立于1956年，开发出世界第一颗蓝色LED(1993年) ,世界第一颗纯绿LED(1995年),在世界各地建有子公司。
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+ x* L5 V- `8 b/ U# c! _9 f4,Toyoda Gosei
Toyoda Gosei 丰田合成，总部位于日本爱知，生产汽车部件和LED，LED约占收入10%,
丰田合成与东芝所共同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式，与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同。
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5,Agilent
作为世界领先的LED供应商，其产品为汽车、电子信息板及交通讯号灯、工业设备、蜂窝电话及消费产品等为数众多的产品提供高效、可靠的光源。这些元件的高可靠性通常可保证在设备使用寿命期间不用再更换光源。安捷伦低成本的点阵LED显示器、品种繁多的七段码显示器及安捷伦LED光条系列产品都有多种封装及颜色供选择

6,TOSHIBA
东芝半导体是汽车用ＬＥＤ的主要供货商，特别是仪表盘背光，车子电台，导航系统，气候控制等单元。使用的技术是InGaAlP，波长从560nm（pure green）到630nm（red）。近期，东芝开发了新技术 UV+phosphor（紫外+荧光），ＬＥＤ芯片可发出紫外线，激发荧光粉后组合发出各种光，如白光，粉红，青绿等光。

8 Z7 h* p$ P/ R; d; I1 C. P$ k/ A8 Y7,LUMILEDS
Lumileds Lighting是全球大功率LED和固体照明的领导厂商，其产品广泛用于照明，电视，交通信号和通用照明，Luxeon Power Light Sources是其专利产品，结合了传统灯具和LED的小尺寸，长寿命的特点。还提供各种LED晶片和LED封装，有红，绿，蓝，琥珀，白等LED.
Lumileds Lighting总部在美国，工厂位于荷兰，日本，马来西亚，由安捷伦和飞利浦合资组建于１９９９年，２００５年飞利浦完全收购了该公司。　
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8,SSC
* \! u) d5 X2 H( b& k$ e$ [首尔半导体乃韩国最大的LED环保照明技术生产商，并且是全球八大生产商之一(资料来源：Strategies Unlimited--LED市场研究公司)。首尔半导体的主要业务乃生产全线LED组装及定制模组产品，包括采用交流电驱动的半导体光源产品如：Acriche、侧光LED、顶光LED、切片 LED、插件LED及食人鱼(超强光) LED等。产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中。

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LED结温及降低结温的途径
1、什么是LED的结温？
6 \& A* P( L' N: j1 s& \# l6 YLED的基本结构是一个半导体的P—N结。实验指出，当电流流过LED元件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。

+ m3 B1 S$ x0 S9 ~$ \2、产生LED结温的原因有哪些？
在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升：
a、元件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，这些电阻相互垒加，构成LED元件的串联电阻。当电流流过P—N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。
b、由于P—N结不可能极端完美，元件的注人效率不会达到100％，也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷(空穴)外，N区也会向P区注人电荷 (电子)，一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。
c、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子(>90％)无法顺利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。
# e0 R& h1 X. k  Z$ Ud、显然，LED元件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。由于环氧胶是低热导材料，因此P—N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层， PCB与热沉向下发散。显然，相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率。一个普通型的LED，从P—N结区到环境温度的总热阻在300到 600℃／w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED元件，其总热阻约为15到30℃ ／w。巨大的热阻差异表明普通型LED元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。

5 J% E  G. u1 N8 \9 q3、降低LED结温的途径有哪些？
a、减少LED本身的热阻；
; K' G" }/ O3 S' V' o) _  ab、良好的二次散热机构；
6 T) x$ ]9 N" Z2 Q$ Rc、减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；
d、控制额定输入功率;
1 X1 a4 S' S9 ye、降低环境温度

LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其余部分最终均变成了热，从而抬升了元件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。