1、楚驥科技技術總監(jiān)：鄒親勝LED照明基礎知識之LED光源LED應用時的注意事項LED概念及特點一一LED的基本結構三三LED的主要技術參數(shù)四四LED的主要類型五五目目 錄錄照明發(fā)展史二二六六LED概念 LED的全稱Light Emitting Diode,即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合引起光子發(fā)射而產生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。高光效、高節(jié)能（理論光效628LM/W）光源方向性好色彩豐富不含有毒物質，環(huán)保壽命長，理想狀態(tài)能達10萬小時光源響應時間快，運行成本低LED的優(yōu)點L

2、ED的優(yōu)點LED的優(yōu)點照明發(fā)展史照明發(fā)展史照明發(fā)展史照明發(fā)展史到目前為止，量產的大功率LED的發(fā)光效率最高已達186LM/W（科銳XLampXM系列）中功率LED發(fā)光效率最高的是首爾半導體的5630LED，已達180LM/W；9月10日首爾半導體，正式推出光效達到140lm/W的Acrich2 LED模組照明發(fā)展史照明發(fā)展史LED的基本結構的基本結構支架膠水芯片熒光粉金線透鏡LED的基本結構的基本結構大功率仿流明支架（2*10）LED7060折灣支架（2*10）大功率SMD支架（4*8）LED的基本結構的基本結構-支架支架3535、5050、5630支架3014、2835、5730支架LED的

3、基本結構的基本結構-支架支架3528單芯支架3528全彩支架2427支架LED的基本結構的基本結構-支架支架LED封裝常用的膠水道康寧信越有機硅卡夫特國硅實業(yè)LED的基本結構的基本結構-支架支架芯片波長 芯片尺寸芯片尺寸（1mil=1/1000inch=0.0254mm）常用大功率芯片尺寸：35、38、45、50mil常用中功率芯片尺寸：24*24mil、20*38mil、 24*46mil常用小功率芯片尺寸：8*10、8*12、8*13、12*12、10*23、10*24milLED的基本結構的基本結構-芯片芯片芯片材料LED的基本結構的基本結構-芯片芯片芯片襯底除了美國CREE、SEMIL

4、ED（旭明）以外，目前市場上其他公司制造的藍綠色芯片基本上都是采用藍寶石襯底（Sapphire，分子式：Al2O3），這類芯片的特點是：1、背面不導電，P、N兩個電極都在正面；2、金線鍵合時，必須嚴格控制焊點大小，確保不超出電極，否則容易因正負極短路而出現(xiàn)漏電；3、對靜電敏感，生產過程必須切實做好靜電防護措施;LED的基本結構的基本結構-芯片芯片芯片襯底CREE是目前全世界唯一一家采用SiC襯底制作LED芯片的廠家，其最大的特點是具有強的抗靜電能力。缺點是容易發(fā)生芯片與銀漿粘附不牢的現(xiàn)象，必須采用特殊的銀漿和封裝材料，才能確保產品的可靠性。 LED的基本結構的基本結構-芯片芯片Led芯片的結構

5、LED芯片有兩種基本結構，水平結構（Lateral）和垂直結構（Vertical）。橫向結構LED芯片的兩個電極在LED芯片的同一側，電流在n-和p-類型限制層中橫向流動不等的距離。垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，由于圖形化電極和全部的p-類型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，極少橫向流動的電流，可以改善平面結構的電流分布問題，提高發(fā)光效率，也可以解決P極的遮光問題，提升LED的發(fā)光面積。 制造垂直結構LED芯片技術主要有三種方法：一、采用碳化硅基板生長GaN薄膜，優(yōu)點是在相同操作電流條件下， 光衰少、壽命長，不足處是硅基板會吸光。 二、利用芯片

6、黏合及剝離技術制造。優(yōu)點是光衰少、壽命長，不足 處是須對LED表面進行處理以提高發(fā)光效率。 三、是采用異質基板如硅基板成長氮化鎵LED磊晶層，優(yōu)點是散熱 好、易加工。LED的基本結構的基本結構-芯片芯片Led芯片的結構水平型產品以普瑞芯片為代表，芯片的主要特點是：光效一般：最高在 100 lmw左右；電壓高：藍光在3.44V； 熱阻高：使用藍寶石襯底導熱性差。芯片本身的熱阻在 46 C/W; 亮度一般：由于采用水平結構，電流橫向動，電流密度不均，容易局部燒壞；為彌補這一缺陷，在芯片的上表面做ITO.ITO將以減少出光為代價。同一尺寸芯片，發(fā)光面窄，亮度低。光利用率低：65%左右的光從正面發(fā)出，

7、35%的光從側面發(fā)出，靠反射來達到出光，利用率低。 唯一的優(yōu)點就是：便于集成封裝。不過，它也是缺點，由于沒解決好散熱，所以集成封裝只有加速它的衰減，不可取。LED的基本結構的基本結構-芯片芯片Led芯片的結構由于當前芯片主要是垂直型的和水平型的兩種。垂直型產品以CREE芯片為代表特點主要是：光效高：最高可達 161 lmw，節(jié)能；電壓低：藍光在2.93.3V；熱阻小：芯片本身的熱阻小于 1 C/W;亮度高：由于采用垂直結構，電流垂直流動，電流密度均勻，耐沖擊型強；同一尺寸芯片，發(fā)光面寬，亮度高。光型好：85%以上光從正面發(fā)出，易封裝，好配光；唯一的缺點就是：不方便集成封裝。若要集成封裝，芯片需

8、做特殊處理。LED的基本結構的基本結構-芯片芯片白光LED的實現(xiàn)方法一、配色，白平衡 白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21，藍色的亮度為10時，混色后人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的 亮度得到白色光，稱為配色。 二、二、 LED采用熒光粉實現(xiàn)白光主要有三種方法，但它們并沒有完全成熟，由此嚴重地影響白光LED在照明領域的應用。 LED的基本結構的基本結構白光LED的實現(xiàn)方法第一種方法是第一種方法是：在藍色LED芯片上涂敷能被藍光激發(fā)的黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)

9、出的黃光互補形成白光。該技術被日本Nichia公司壟斷，而且這種方案的一個原理性的缺點就是該熒光體中Ce3離子的發(fā)射光譜不具連續(xù)光譜特性，顯色性較差， 難以滿足低色溫照明的要求。同時發(fā)光效率還不夠高，需要通過開發(fā)新型的高效熒光粉來改善。第二種方法是第二種方法是：在藍色LED芯片上涂敷綠色和紅色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復合得到白光。該類產品雖顯色性較好，但所用熒光粉的轉換效率較低，尤其是紅色熒光粉的效率需要較大幅度的提高，因此推廣也較慢。 LED的基本結構的基本結構白光LED的實現(xiàn)方法 第三種方法第三種方法：在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多種顏色的熒光粉，利用該

10、芯片發(fā)射的長波紫外光（370nm380nm）或紫光（380nm410nm）來激發(fā)熒光粉，從而實現(xiàn)白光發(fā)射。該種LED的顯色性更好，但存在與第二種方法類似的問題，且目前轉換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系。這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大，故還沒批量使用。其他方法：其他方法： 在特殊的場合，白光LED還有其他幾種封裝方法。這里簡單的介紹一下：第一種第一種：將紅、藍、綠三芯片封裝在一起，按照一定的比例對其光色進行控制，混出白光。第二種第二種：實現(xiàn)方法是用紅、藍、綠、黃四芯片混出白光。LED的基本結構的基本結構熒光粉目前LED用熒光粉材料三大熱門：鋁酸鹽 （YAG）熒光粉、硅酸鹽熒光粉、氮氧

11、化 物熒光粉 。YAG只能做出黃粉，硅酸鹽能 做出綠粉和橙粉，氮氧化物能做出紅粉、 綠粉和黃粉，覆蓋從藍色到紅色的全部色 色 域，有機會成為未來的一個主流發(fā)展趨勢。 氮氧化物熒光粉目前的效率還低于鋁酸鹽和硅酸鹽熒光粉, 且其制程通常需要高溫、高壓的條件 。 鋁酸鹽體系發(fā)光材料具有抗?jié)裥圆?，發(fā)光顏色單一等缺點， 需要在顆粒表面進行物理化學修飾，以提高其穩(wěn)定性。 硅酸鹽體系的發(fā)光材料具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性， 對紫外、近紫外、藍光具有顯著的吸收，量產制備成本低 廉，灼燒溫度比鋁酸鹽體系低100 以上 。 LED的基本結構的基本結構鋁酸鹽（YAG）熒光粉 1996年日本日亞公司首先研制出發(fā)黃光

12、的釔鋁石榴石（YAG）熒光粉，化學式為Y3Al5O12：Ce3+，此熒光粉的激發(fā)光譜450470nm的藍光，發(fā)射光譜550560nm的黃光，色溫為4000K8000K，可制得高亮度白光LED，具有成本低、效率高的特點，YAG:Ce的主要缺點由于缺少紅光成分，制得的LED顯色指數(shù)偏低，偏冷白光。該技術由亞化學壟 斷。藍光 藍光芯片+YAG鋁酸鹽 ，藍光 黃色熒光粉是當前白光 白光LED的主流實現(xiàn)方式。是現(xiàn)在業(yè)界公認效率最好的產生白光的組合。LED的基本結構的基本結構硅酸鹽熒光粉在熒光粉轉換LED的制作上，硅酸鹽系列為另一種重要的選擇方向。該材料對紫外、近紫外、藍光光譜范圍具有顯著的吸收，并且在所

13、有黃色熒光體中，硅酸鹽系列具有最高的輝度值，輸出量子效率高于90%，并仍有改善的空間；在紫外LED激發(fā)時，具有高溫度穩(wěn)定性（至少120以上），可制作各種色溫的白光LED；另外，它的物理和化學性質較穩(wěn)定，抗氧化、抗潮、不與封裝樹脂作用。日本的“21 世紀照明”計劃就將這類近紫外激發(fā)的熒光材料作為白光 LED熒光粉的研究重點。目前主要硅酸鹽熒光粉的重要專利仍為豐田合成、日亞化 學、歐司朗光電半導體等公司所擁有 LED的基本結構的基本結構氮氧化物熒光粉 氮化物/氮氧化物作為一種新型的LED熒光粉，其激發(fā)光譜范圍涵蓋了紫外、近紫外以及藍光波段，而且其發(fā)光范圍覆蓋了整個可見光范圍。同時由于其熱穩(wěn)定性，化

14、學穩(wěn)定性好，發(fā)光效率高，且材料本身無污染。所以作為白光LED用熒光粉非常適合。 氮氧化物熒光粉目前的效率還低于鋁酸鹽和硅酸鹽熒光粉, 且其制程通常需要高溫、高壓的條件 。 氮化物與氮氧化物熒光粉 領先者主要為荷蘭Technical University of Eindhoven、 日本National Institute for Materials Science(NIMS)、日 本三菱化學公司、日本Ube工業(yè)與歐司朗光電半導體等單 位 。 LED的基本結構的基本結構金線 LED鍵合金線是由Au純度為99.99%以上的材質鍵合拉絲而成，其中包含了微量的Ag/Cu/Si/Ca/Mg等微量元素。金

15、線在LED封裝中起到一個導線連接的作用，將芯片表面電極和支架連接起來，當導通電流時，電流通過金線進入芯片，使芯片發(fā)光。金線具有電導率大、耐腐蝕、韌性好等優(yōu)點，廣泛應用于集成電路，相比較其他材質而言，其最大的優(yōu)點就是抗氧化性，這是金線廣泛應用于封裝的主要原因。 LED的基本結構的基本結構 透鏡透鏡是直接封裝（或粘合）在LED芯片支架上，與LED成為一個整體。 LED芯片（chip）理論上發(fā)光是360度，但實際上芯片在放置于LED支架上得以固定及封裝，所以芯片最大發(fā)光角度是180度（大于180范圍也有少量余光），另外芯片還會有一些雜散光線，這樣通過一次透鏡就可以有效匯聚chip的所有光線并可得到如

16、180、160、140、120、90、60等不同的出光角度，但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差別（一般的規(guī)律是：角度越大效率越高）。硅膠耐溫高（也可以過回流焊），因此常用來直接封裝在LED芯片上。一次透鏡除了硅膠外還有PMMA、PC、光學玻璃等材料LED的基本結構的基本結構LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要電參數(shù)主要電參數(shù)正向工作電流IF：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。正向工作電壓VF：正向工作電壓是在給定的正向電流下得到的。在外界溫度升高時，VF將下降。最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。反向電流是指給LED加上規(guī)定的反向電壓時

17、，通過LED的電流，用符號IR表示。正常的LED，IR值應接近0。LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)大功率I-V特性曲線LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要光參數(shù)主要光參數(shù)光通量（Luminous FluxLuminous Flux）：光源在單位時間內發(fā)出的光量稱為光源光通量，以為表示，單位為lm。光強（Luminous IntensityLuminous Intensity）：光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量定義為光源在該方向上的光強度（簡稱光強），以I表示,單位：坎德拉（cd）光束角在發(fā)光強度分布圖形中，發(fā)光強度等于最大強度一半構成的角度。也稱為半值角。LE

18、D主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要光參數(shù)主要光參數(shù)亮度（L Luminuminanceance）：光源在某一方向的光亮度（簡稱亮度）是光源在該方向上的單位投影面在單位立體角中發(fā)射的光通量，以L表示。單位：坎/平方米（cd/m）直接影響人眼的主觀感覺。照度一定時，物體的反射率越大，亮度越高。照度（IllIlluminuminanceance):入射于被照物體單位面積上的光通量。以E表示。（某一表面上單位面積入射光通量。）單位：勒克斯（lux，簡寫為lx）。平方反比定理：平方反比定理：點光源對物體入射法線上的照度和距離平方成反比。E=I/r。（當距離大于光源最大尺寸的五倍時，光源視為點光源，此定理成立

19、。）LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要光參數(shù)主要光參數(shù)光源光源光通量（流明光通量（流明lmlm）光強（坎德拉光強（坎德拉cdcd）照度（勒克斯照度（勒克斯luxlux）亮度（坎亮度（坎/ /平方米平方米cd/mcd/m）眼睛眼睛LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要顏色參數(shù)主要顏色參數(shù)色溫（Color Temperature）： 當光源所發(fā)出的顏色與“黑體”在某一溫度下輻射的顏色相同時，“黑體”的溫度就稱為該光源的色溫?！昂隗w”的溫度越高，光譜中藍色的成份則越多，而紅色的成份則越少。色溫是衡量一種光源“有多么熱”或者“有多么冷”的指標，也是表示一種光源“白得程度”、“黃得程度”或者“藍得程度”的指

20、標。 暖色5000K。CIE XYZCIE XYZ系統(tǒng)，系統(tǒng)，RGBRGB三原色三原色CIECIE色度圖色度圖LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)光顏色與波長光顏色與波長 光的顏色是否可以看見是由它的波長決定，光的波長是以納米（nm）為單位。發(fā)光二極管發(fā)出的光幾乎都是一致的也就是說它幾乎都是在一個波長，發(fā)出非常純的顏色?？梢姽獾牟ㄩL范圍為380nm780nm，以下是光的顏色和它的波長：中紅外線紅光： 4600nm - 1600nm -不可見光 低紅外線紅光： 1300nm - 870nm -不可見光 850nm - 810nm -幾乎不可見光近紅外線光近紅外線光: :（780740nm）LED主要技

21、術參數(shù)主要技術參數(shù)光顏色與波長光顏色與波長紅色光紅色光： 630nm - 620nm - 橙紅 橙色光橙色光： 605nm - 琥珀色光綠綠 色色 ： 525nm - 純綠色 藍藍 色：色： 470nm - 460nm-鮮亮藍色； 450nm - 純藍色 ； UV-AUV-A型紫外線光：型紫外線光： 370nm -幾乎是不可見光，受木質玻璃濾光時顯現(xiàn)出一個暗深紫色。LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)光顏色與波長光顏色與波長LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)色溫色溫LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)色溫色溫LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)色溫色溫LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)色溫色溫LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)主要顏色參數(shù)主要顏色參數(shù)顯色指數(shù)顯色指數(shù)（color rendering index）：光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。白熾燈的顯色指數(shù)定義為100，視為理想的基準光源。自然性顯指。還原物體本色。效果性顯指。增強物體某種顏色或效果LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)顯色指數(shù)顯色指數(shù)LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)顯色指數(shù)顯色指數(shù)LED主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)熱學參數(shù)熱學參數(shù)結溫（Junction Temperature）:LED芯片