LED基础知识培训中国LED网.pptx
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1、LED基础知识培训2011年4月李修连第一部分:基础知识篇第一部分:基础知识篇 LED的基础知识的基础知识 照明的基础知识照明的基础知识LED的基础知识的基础知识(一一)、LED是什么?是什么?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、白灯颜色的光。(二二)、LED的结构及发光原理的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light e
2、mitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性好.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。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极
3、时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。(三三)、LED光源的特点光源的特点电压:电压:LED使用低压电源,供电电压在624V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。效能:效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少80%适用性:适用性:很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境稳定性:稳定性:10万小时,光衰为初始的50%响应时间:响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒级环保:环保:无有害金属汞颜色:颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方
4、法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色价格:价格:LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。(四四)、LED光源的其它方面光源的其它方面一般LED的发光寿命很长,生产厂家一般都标明为100,000小时以上,实际还应注意LED的亮度衰减周期,如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后,亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系,一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LE
5、D。白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成,当光线中绿色的亮度为69%,红色的亮度为21,蓝色的亮度为10时,混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果,而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光,称为配色。LED不但色彩饱和,而且设计灵活,此外,与传统白光源相比,LED节能8090%,并且光束不产生热量。在白光应用中,LED的发光效率是白炽灯及卤素灯的2倍以上,并且最好的白色LED比标准60 100 W白炽灯(17 Lm/W)的效率要高出许多。目前,在实验室中演示的白色LED的发光效率已接近荧光灯(80 Lm/W)。LED的主要缺点是成本高、光输
6、出低,这是LED技术攻关要解决的主要问题,最近几年已取得较大进展。对商业白色LED来说,利用大面积芯片及特殊封装技术可以使每个器件的光输出提高100倍,并使每流明光输出的成本下降80%。(五五)LED的特性的特性1极限参数极限参数允许功耗允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。最大正向直流电流最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。最大反向电压最大反向电压VRm: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。工作环境工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范
7、围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。2电参数的意义电参数的意义光谱分布和峰值波长光谱分布和峰值波长:某一个发光二极管所发之光并非单一波长。由图可见,该发光管所发之光中某一波长0的光强最大,该波长为峰值波长。发光强度发光强度IV:发光二极管的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时,则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二强度小,所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。光谱半宽度光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指光谱图中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.半值角半值角1/2和视角和视角:1/2是指发光
8、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(或称半功率角)。光谱图给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线(法线)AO的坐标为相对发光强度(即发光强度与最大发光强度的之比)。显然,法线方向上的相对发光强度为1,离开法线方向的角度越大,相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。正向工作电流正向工作电流If:它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。正向工作电压正向工作电压VF:参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。
9、在外界温度升高时,VF将下降。V-I特性特性:发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。在正向电压正小于某一值(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。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压,反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR(六六)LED的分类的分类 1 按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分,可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射
10、四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2 按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为3mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1;把5mm的记作T-1(3/4);把4.4mm的记作T-1(1/4)。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类:(1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5 20或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。(2)标准型。通常作指示灯用
11、,其半值角为20 45。(3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为45 90或更大,散射剂的量较大。3按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度100mcd);把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。除上述分类方法外,还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。(七七)LED的应用的应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不
12、同,所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制,使用时,应保证不超过此值。为安全起见,实际电流IF应在0.6IFm以下;应让可能出现的反向电压VR LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中,可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。1普通发光二极管的检测(1)用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时,二极管正向电阻阻值为几十至200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为,反向电阻值很小或为0,则易损坏。这种检测方法,不能实地看到发光管的发光情
13、况,因为10k挡不能向LED提供较大正向电流。若有两块指针万用表(最好同型号)可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极(P区),余下的“+”笔接被测发光管的负极(N区)。两块万用表均置10挡。正常情况下,接通后就能正常发光。若亮度很低,甚至不发光,可将两块万用表均拨至1若,若仍很暗,甚至不发光,则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意,不能一开始测量就将两块万用表置于1,以免电流过大,损坏发光二极管。(2)外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指针式或数字式皆可)可以较准确测量发光
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