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LED灯具培训资料

发布时间:

Led 知 识

目录
一、LED简介 二、LED发展趋势 三、LED芯片介绍 四、LED封装简介 五、LED基础知识

LED简介
1、LED的定义 2、LED的特点 3、发光原理

龙富华路灯
龙富华高效节能路灯成为2012年国家节能中心 “高效照明节电技术最佳实践案例”路灯的唯一案例。
龙富华在城市道路节能照明领域:道路节能照明、 广场节能照明、机场码头节能照明等方面,在项目开 发的技术机制和商业机制上具有稳健性,在城市能耗
节约和环境改善方面具有可持续性。 一三一八九七七八七七七
龙富华节能产业集团是城市道路照明节能领域的 领先者,是致力于我国道路节能照明领域产业竞争力
提升的投资机构和管理机构。

LED光源的特点
电 压:LED使用低压电源,单颗电压在1.9-4V之间,比使用高压 电源更安全的电源。
效 能:光效高,目前实验室最高光效已达到 161 lm/w(cree),是 目前光效最高的照明产品。
抗震性:LED是固态光源,由于它的特殊性,具有其他光源产品不能 比拟的抗震性。
稳定性:10万小时,光衰为初始的70% 响应时间:LED灯的响应时间为纳秒级,是目前所有光源中响应时间
最快的产品。 环 保:无金属汞等对身体有害物质。 颜 色:LED的带快相当窄,所发光颜色纯,无杂色光,覆盖整过可
见光的全部波段,且可由R\G\B组合成任何想要可见光。

LED色彩丰富
由于LED带宽比较窄, 颜色纯度高,因此LED 的色彩比其他光源的色 彩丰富得多。
据有关专家计算, LED的色彩比其他光源 丰富30%,因此,它能够 更准确的反应物体的真 实性,当然也更受消费 者的青睐!

LED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。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。

LED发展趋势
1、 LED光源的发展趋势 2、 LED产业政策和机遇 3、公司在产业链中的位置

LED光源的发展趋势
LED光源技术市场前景: LED理论上每瓦的发光效率高达370 LM/W,在目前芯片结构不做
任何改变的情况下良好的工艺让LED每瓦到达150LM没有任何问题, 当达到这种亮度的时候,所有的照明领域基本上都可以替代了。预 计在未来1~3年内LED光源将达到每瓦300流明的光效率。目前美国 实验室的LED已达到了每瓦161流明的光效率,总光通量为 175 LM。

LED应用历

实例“水立方”
LED照明除了比 用常规照明至少节 能60%以外,还拥有 长寿命、易集成、 快响应、利环保、 光分布易于控制、 色彩丰富等优势。 以“水立方”为例, 仅使用LED灯的“水 立方”景观照明工 程,预计全年可比 传统的荧光*诘 74.5万千瓦时,节 能达70%以上。

实例“梦幻长卷”和“梦幻五环”

相信奥运会开 幕式的“梦幻长 卷”和“梦幻五 环”大家还记忆 犹新,它被展现 在一个4564*方 米的巨大LED大屏 幕上,这是迄今 为止世界上最大 的单体全彩色大 屏幕,升入空中 的“梦幻五环”, 则是由4.5万颗 LED灯编排而成的。

梦幻五环

梦幻长卷

LED照明产业商机

2009年LED照明产 业的商机
1、国务院出 台4万亿元规模的 经济刺激计划中, 有1.8万亿元用于 铁路、公路、机场 和城乡电网建设、 1万亿元用于地震 重灾区的恢复重建, 这无疑给中国LED 照明产业带来巨大 的商机。
2、即将到来 上海世博会将给中 国LED照明产业的 发展带来了巨大的 历史机遇。

北川重建规划

上海世博会

衬底
( 、蓝宝石、 、金属;)

LED产业链
外延
(发光材料)

(芯片)

工程
(应用)

灯具
(应用)

龙富华所在位置

龙富华所在位置

光源
(封装)
龙富华所在位置

LED芯片介绍
1、 LED芯片分类介绍 2、 不同结构LED芯片的性能简介 3、垂直结构LED芯片的制成

Led芯片的结构
LED芯片有两种基本结构,水*结构(Lateral)和垂直结构 (Vertical)。横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧, 电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED 芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧,由于图形化电极和全部 的p-类型限制层作为第二电极,使得电流几乎全部垂直流过LED外 延层,极少横向流动的电流,可以改善*面结构的电流分布问题, 提高发光效率,也可以解决P极的遮光问题,提升LED的发光面积。
制造垂直结构LED芯片技术主要有三种方法: 一、采用碳化硅基板生长GaN薄膜,优点是在相同操作电流条件下,
光衰少、寿命长,不足处是硅基板会吸光。 二、利用芯片黏合及剥离技术制造。优点是光衰少、寿命长,不足
处是须对LED表面进行处理以提高发光效率。 三、是采用异质基板如硅基板成长氮化镓LED磊晶层,优点是散热
好、易加工。

目前主流Led结构剖析

两种芯片发光形式

水*型结构Led出光路线

垂直型芯片性能介绍
由于当前芯片主要是垂直型的和水*型的两种。 垂直型产品以CREE芯片为代表特点主要是: 光效高:最高可达 161 lm\w,节能; 电压低:蓝光在2.9~3.3V; 热阻小:芯片本身的热阻小于 1 ‘C/W; 亮度高:由于采用垂直结构,电流垂直流动,电流密度均匀,
耐冲击型强;同一尺寸芯片,发光面宽,亮度高。 光型好:85%以上光从正面发出,易封装,好配光; 唯一的缺点就是:不方便集成封装。若要集成封装,芯片需
做特殊处理。 我公司全部采用垂直结构的芯片。

水*型芯片性能介绍
水*型产品以普瑞芯片为代表,芯片的主要特点是: 光效一般:最高在 100 lm\w左右; 电压高:蓝光在3.4~4V; 热阻高:使用蓝宝石衬底导热性差。芯片本身的热阻在 4~6 ‘C/W; 亮度一般:由于采用水*结构,电流横向动,电流密度不均,容易局
部烧坏;为弥补这一缺陷,在芯片的上表面做ITO.ITO将以 减少出光为代价。同一尺寸芯片,发光面窄,亮度低。 光利用率低:65%左右的光从正面发出,35%的光从侧面发出,靠反射来 达到出光,利用率低。 唯一的优点就是:便于集成封装。不过,它也是缺点,由于没解决好散 热,所以集成封装只有加速它的衰减,不可取。

垂直芯片的制成

垂直LED制造的方法
制造垂直结构LED芯片有两种基本方法: 一、剥离生长衬底; 二、不剥离生长衬底 。
其中生长在砷化镓生长衬底上的垂直结构GaP基LED芯片有两种 结构:
一、不剥离导电砷化镓生长衬底:在导电砷化镓生长衬底上层 迭导电DBR反射层,生长 GaP 基LED外延层在导电DBR反 射层上。
二、剥离砷化镓生长衬底:层迭反射层在GaP基LED外延层上, 键合导电支持衬底,剥离砷化镓衬底。导电支持衬底包括, 砷化镓衬底,磷化镓衬底,硅衬底,金属及合金等。

LED封装
1、LED封装图工艺 2、白光LED制造方法 3、白光LED色区的划分 4、 LED与传统灯具的对比

LED封装;

白光LED的实现方法
一、配色,白*衡 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。
二、 LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法,但它们并没有完 全成熟,由此严重地影响白光LED在照明领域的应用。

白光LED的实现方法
第一种方法是:在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉, 芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本 Nichia公司垄断,而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体 中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性,显色性较差, 难以满 足低色温照明的要求。同时发光效率还不够高,需要通过开发新型 的高效荧光粉来改善。
第二种方法是:在蓝色LED芯片上涂敷绿色和红色荧光粉,通过芯片 发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光。该类产品虽 显色性较好,但所用荧光粉的转换效率较低,尤其是红色荧光粉的 效率需要较大幅度的提高,因此推广也较慢。

白光LED的实现方法
第三种方法:在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧 光粉,利用该芯片发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光 (380nm-410nm)来激发荧光粉,从而实现白光发射。该种LED的显 色性更好,但存在与第二种方法类似的问题,且目前转换效率较高 的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系。这类荧光粉发光稳定性差、 光衰较大,故还没批量使用。
其他方法: 在特殊的场合,白光LED还有其他几种封装方法。这里简单的介
绍一下: 第一种:将红、蓝、绿三芯片封装在一起,按照一定的比例对其光 色进行控制,混出白光。 第二种:实现方法是用红、蓝、绿、黄四芯片混出白光。

白光LED色区的划分
蓝色芯片加黄色荧光粉所制成白光LED,是目前白光LED制 造的主流,由于制程的缺陷,白光LED存在色差在所难免。如 何划分LED的颜色才是最佳的呢,下面我来简单的介绍一下。
市场上通常所说的3500K、4000K、6500k等等多少色温的 说法其实不是很科学的,因为从CIE图中我们可以看出,同一 色温在图中不是对应唯一的点,它跟色坐标是一对多的关系。 为了解决这一问题,行业中通常将自己生产的LED对其色坐标 进行归纳总结,最终将其肉眼看起来差别不明显的LED归到一 起,这样分选出来的LED在CIE中就对应了一个小小区域,这就 是色区。
用色区来划分LED产品,是整过行业通用的方法,请看下 图:

白光LED色区的划分
White Binning Information

白光LED色区划分坐标

Y0 8000 0.274238 0.300667 0.303051 0.332708 0.307553 0.310778 0.282968 0.283772 WQ 6000 0.318606 0.310201 0.329393 0.320211 0.329544 0.310495 0.319597 0.301303 ……

YA 8000
0.282968 0.283772
0.307553 0.310778
0.311163 0.293192
0.289922 0.270316
VM 5300
0.328636 0.368952
0.348147 0.385629
0.346904 0.371742

LED封装形式
为满足不同产品的需要,LED的封装形式也出现了多样化,下面简 单介绍一下:

LED封装形式

LED的与传统效率对比

灯具总效率对照: (光源发展的历史:白炽灯→直管型荧光灯→高效电子节能灯→LED灯)

使用光源

LED

荧光灯

普通灯泡

高压钠灯

光源光效

90流明/瓦

80流明/瓦

20流明/瓦

110流明/瓦

电源效率

90%

85%

100%

90%

有效光照效率

90%

60%

60%

90%

灯具(取光)效率

90%

60%

60%

86%

寿命

50000小时

2000小时

2000小时

40000小时

各种光源灯具的实际效率
各种光源灯具的实际效率:
LED计算:90*0.90*0.90*0.9=65.6流明/瓦 荧光灯计算:80*0.85*0.6*0.6=24.5流明/瓦 普通灯泡计算:20*1*0.6*0.6=7.2流明/瓦 高压钠灯计算:100*0.9*0.9*0.86=68流明/瓦
可见,LED灯具实际效率是一般荧光灯的2.6倍,是普通白 炽灯泡的9倍,是高压钠灯的0.9倍。
即:LED灯钠灯之间功率可换算为: 75W LED灯=50W钠灯; 125W LED灯=100W钠灯; 225W LED灯=200W钠灯

节省预算
节省预算:按照一个灯泡来计算节省资金
1、寿命计算 节能灯的寿命一般在1800小时,按照每天6小时照明计算为300天。如果按照
一个节能灯*均15元来计算,10年内要换至少10次灯泡,一万个节能灯泡在10年 内要更换10万个节能灯泡。总花费(150万元)
LED灯泡的寿命我们按照最保守的时间来计算,10年内不用更换灯泡,每个 灯泡以5W的功率就可取代15W的节能灯泡,每个灯泡价格在70元,那么1万个灯泡 的价格是70万元,
在灯泡方面可节省80万的费用。
2、耗电计算 节能灯:15W*6小时*365天=32.850W*0.8元*1万只=26.28万元 LED:5W*6小时*365天=10.95W*0.8=8.76元*1万只=8.76万元 公园1万只灯每年可节省电费:17.52万元
3、一次性投资计算 一次性投资70万元,按照每年节省17.52万元计算,在4年收回投资,剩下的
6年可节省105.12万元+80万元(灯泡更换费用),总共可节省185.12万元。

LED基础知识
1、照明术语介绍 2、重点介绍LED结温和热阻 3、温度对LED的影响 4、 常用LED 光电参数介绍

照明术语
光通量(φ ) 是: 点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视觉者(人能感觉
出来的辐射通量)即称为光通量。光通量的单位为流明(简写lm),1流明(lumen或 lm)定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量。
光照度:
可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯,是英文lux的音译,也可写 为lx。被光均匀照射的物体,在1*方米面积上得到的光通量是1流明时,它的 照度是1勒克斯。
发光强度:
简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。Lcd是指光源在指定方 向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时,则光强为I=F/Ω ,Ω 为 立体角,单位为球面度(sr),F为光通量,单位是流明,对于点光源由I=F/4 。 左右。

照明术语
光亮度: 表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方
向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/*方米。对于一个漫散射面,尽管各个方 向的光强和光通量不同,但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是* 似于这样的漫散射面,所以从各个方向上观看图像,都有相同的亮度感。
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)。
显色性:光源对物体呈现的程度,即颜色的逼真程度。常称“显色指数”单位: Ra。
色 温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体 的温度称为该光源的色温。单位:开尔文(k)。
光束角:通常*嵌龋赣诖怪惫馐行南咧*面上,发光强度等于50%最大发 光强度的二个方向之间的夹角 。

LED的结温
结温:
是指管芯 PN 结 的*均温度,用 T J 表示。 LED结温高低
直接影响到LED 出光效率、器件寿命、 可靠性、发射波长等。
是LED器件封装 和器件应用设计必须 着重解决的核心问题.

热阻
热阻:是指反映阻止热量传递能力的综合参量。单位:℃/W, 即物体持续传热功率为1W时,导热路径两端的温差。
总热阻为各层热阻之和

SFT-LED热阻对比表
从上表中我们可以看出,我公司LED的热阻远远低于同行的 热阻,这为我公司LED的高亮度低光衰提供了保障。

光输出与温结的 关系
LED的光输出随着结温的升高而降低

结温与寿命的关系

寿命测试表

SFT-LED光衰曲线

系列1 系列2

光通量(lm)

112

系列3

102 92

系列4

82

系列5

72 62

系列6

52 42 32

系列7 系列8

22 12

系列9

2

系列10

系列11

00h 200h 400h 600h 800h 1000h 12000h 14000h 16000h 18000h 2000h

系列12

测试条件:350 mA 室温 25 时间(h)

系列13 系列14

系列15

从光衰曲线中我们可以看出,SFT-LED在2000小时内光通量基本系上列没16

什么变化,这也是同行业产品所无法相比的。

温度与压降的关系

SFT-LED的特点
1、热阻低,光衰少,寿命长,耐高温:目前 市场使用的固晶材料多数是银胶,如艾笛森, 汉城半导体;这种产品缺点是光衰大,不适用 于高温环境;而所有的LED产品都对温度非常 的敏感,这不利于产品的长时间工作。而我们 的产品使用了一种高导热性的材料,能更好的 适应高温环境。
2、产品光色与国际大公司接轨:我们产 品的企业标准都是根据行业中的国际大公司来 制定的,生产过程中*阎柿抗兀饨欣 产品的推广。

LED的特性
1.极限参数的意义
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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 高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。

LED的特性
2.电参数的意义 (1)光谱分布和峰值波长:一个发光二极管所发之光并非单一波长,
所发之光中光强最大的波长称之为峰值波长。
(2)光谱半宽度Δ λ :它表示发光管的光谱纯度.是指1/2峰值光强所 对应两波长之间隔.
(3)半值角θ 1/2和视角:θ 1/2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(半功 率角)。
(5)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。
(6)正向工作电压VF:正向工作电压是在给定的正向电流下得到的。 在外界温度升高时,VF将下降。

LED的特性
(7)V-I特性: 发光二极管的电压与电流的关系。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,正向的发光管反向漏电流IR<10μ A 以下。
(8)由于LED具有单向导通、正常工作时阻值小、电压低、随温 度升高阻值下降等特点,因此在给LED供电时,要求恒流直 流供电,驱动器是否恒流将直接影响LED的稳定与否。市场 常见的LED:1W为350mA,3W为700mA;

颜色和波长
光的颜色是否可以看见是由它的波长决定,光的波长是以纳 米(nm)为单位。发光二极管发出的光几乎都是一致的也就是说 它几乎都是在一个波长,发出非常纯的颜色。可见光的波长范围 为380nm~780nm,以下是光的颜色和它的波长:
中红外线红光: 4600nm - 1600nm --不可见光
低红外线红光: 1300nm - 870nm --不可见光 850nm - 810nm -几乎不可见光
*红外线光:(780~740nm)

颜色和波长
红色光:
630nm - 620nm - 橙红 (公司生产) 橙色光:
605nm - 琥珀色光(市场用580-595代替)
绿 色:
525nm - 纯绿色 (公司生产)
蓝 色: 470nm - 460nm-鲜亮蓝色;(公司生产) 450nm - 纯蓝色 ; (公司生产)
UV-A型紫外线光: 370nm -几乎是不可见光,受木质玻璃滤光时显现出一个暗深紫色。

颜色和波长

LED防静电
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。

LED应用

LED应用

LED应用

LED应用

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