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1、LED技术知识培训,发光二极管(Light Emitting Diode),Ryan,目 录,第一部分：LED简介 第二部分：LED与传统灯泡的比较第三部分：LED的优点第四部分：LED分类及结构第五部分：LED的产业分工第六部分：LED的发展第七部分：LED的四大流程第九部分：白光LED技术第九部分：LED的参数第十部分：LED的特性第十一部分：LED的应用第十二部分 LED使用注意事项,第一部分 LED简介,1.什么是发光二极管 发光二极管英文全称为Light Emitting Diode（简称LED），是一种新型的固态 光源，诞生于20世纪60年代。1923年，罗塞夫（Lossen.o.
2、w）在研究半导体SiC时有杂质的P-N结中有光发射，研究出了发光二极管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重视.随着电子工 业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展LED才逐步受到人们的重视。,第一部分 LED简介,2.发光原理 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结,中间的有双异质结构构成的有源层，这个有源层就是发光区.因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区 注入P区，空穴由P区注入N区。进
3、入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数 载流子（多子）复合，并以光和热的形式放出能量。如图所示，在电动势的作用下，电子对从能量高的能级跳跃到能量低的空穴，根据能量守恒，多余的能量以光和热的形式释放出。,第二部分：LED与传统灯泡的比较,白热的,技术,机理,热量,放电,放电,固态LED,电子/空穴复合,光谱分布,光效,固有失效机理,热量,15%,40%,50%,辐射对流传导,辐射对流传导,内部反射,第三部分：LED的优点寿命长（100，000Hrs）驱动电压低（1.84.5V）耗电量少（40100mW）相对冷光源(熱輻射小)点亮速度快（时间常数为10-710-9S）避免疑似点灯效应体积小多种
4、色彩耐震性特佳（全固体封装，不易破损）单色性佳（发光波长稳定）绿色无污染,第四部分 LED分类及结构,A.直插式LED：（ight emitting diode）按外形尺寸分：3mm、5mm、8mm、10mm等等按发光颜色分：红色、绿、蓝、黄、橙、黄绿、白色、紫色、红外线、紫外线等按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）色彩分类：单色、双色、全彩（三色）,.SMD(Surface mount diode）表面贴装二极管 1.按外形分：0603、1206、2810、3020、3528、5050等等2.按颜色分：红色、绿、蓝、黄、琥珀、黄绿、白色、紫色、红外线等;3
5、.按胶体颜色分：无色透明、有色透明、有色散射、无色散射（深浅根据配比调节）4.色彩分类：单色、双色、全彩（三色）,第四部分 LED分类及结构,第四部分 LED分类及结构,、食人鱼（Flux led）食人鱼产品主要是顶部LENS的不同种类而改变：顶部珠子分为：3mm、5mm、平头与微凸产品。为改变角度的大小，顶部珠子的高低也不同：比如3mm的珠子高度有1.35、1.5、1.9mm的.颜色种类如插件LED齐全。,第四部分 LED分类及结构,D、大功率LED（Power led）1.大功率有1w、3w、5w、10w等等不同种类2.目前流程大大功率有铝基板样式的、仿luminous、SMD样式的。3.
6、透镜有酒杯状的、平头的、透镜的4.直流与交流驱动,第四部分 LED分类及结构,E、数码管LED（Display）数码管的种类比较繁多:单位、双位、三位、四位、多位、以及客户要求定做的各种产品。F、点阵（Dot matrix display）外形和数码管不同，但性能等相关规格差别不大。,发光二极管组件依其制作过程可分为上游晶圆制作(单芯片与磊芯片的生产 与制造)、中游晶粒制作(将磊芯片经过制作电极、平台蚀刻等程序切割出LED 晶粒)及下游封装(将晶粒封装成发光器件)，具体工艺流程为：1外延片工艺：衬底结构设计缓冲层生长N型GaN层生长多量子阱发光层生长 P型GaN层生长退火检测（光荧光、X射线）
7、外延片2晶片工艺：外延片设计、加工掩模版光刻离子刻蚀N型电极（镀膜、退火、刻 蚀）P型电极（镀膜、退火、刻蚀）划片晶片分检、分级包装3、封装工艺：封装扩晶点银浆（绝缘胶）固晶烘干焊线封胶（环氧树脂）烘干半切电性能检测全切测试分选包装,第五部分：LED的产业分工,图5.1：LED产业分工图,Lamp,Dot Matrix,基座,晶粒,固焊,封裝,Display,(Diffusion),(上游),(中游),(下游),Epistar(晶元)、Cree、Formosa(璨圆)Nichia(日亚)、Toyoda(丰田)、Etc,Epistar(晶元)、Cree、Formosa(璨圆)、Nichia(日亚
8、)Toyoda(丰田)、Agilent,Nichia(日亚)、Toyoda(丰田)、Cree、Rohm(罗姆）、OsramEverlight(亿光)、Seoul(首尔)Edison(爱迪森)等,第六部分 LED的发展,第七部分 LED的四大流程,固晶,焊线,封胶,测试,流程,晶片,支架,银胶,物料,固晶机,设备,金线,焊线机,胶水,灌胶机,烤箱,/,分光机(装带机),第八部分 白光LED技术,8.1 白光LED工艺,第八部分 白光LED技术,8.2 白光LED制程方法,第八部分 白光LED技术,8.3 白光LED制程方法,第八部分 白光LED技术,8.3 白光LED制程方法,第九部分 LED的
9、参数,9.1 波长(Wavelength)光是一种电磁波 波长决定光的颜色 可见光的波段从紫光(约 380nm)到红光(780nm)不可见光的波长*红外线长于 780nm*紫外线短于 380nm(d)用来表示光的颜色,第九部分 LED的参数,9.1 波长(Wavelength),第九部分 LED的参数,9.2 正向电压VF(Forward voltage)通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。,V,9.3 反向电流IR(Reverse current)加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。,V,第九部分 LED的参数,9.4 光通量v Luminou
10、s flux 通过发光二极管的正向电流为规定值时，一光源所发射并被人眼感知之 所有辐射能称之为光通量 单位:流明(LM),9.5 发光（或辐射）强度Iv Luminous（or Radiant）intensity 光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv=d/d。单位:mcd,其中:距离d在CIE中规定了两种标准d1:100mmd2:316mm,V,第九部分 LED的参数,9.6 CIE XY色度图 因白光非单一色光,所以在 测试时,白光分色按右图 分X,Y值,而其它颜色光按 波长来分.,第九部分 LED的参数,9.7 发光（或辐射）强度空间分布图（发光角度）Luminous d
11、iagram 反映器件的发光（或辐射）强度空间分布（单位：度），此参数受LED封装外形 影响较大。,测试原理,测试结果,第九部分 LED的参数,9.8 色温(Co1or Temperature)单位：绝对温度(Kelvin,K)一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之“标准黑体”本身之绝对温度值，此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。标准黑体之温度越高,其 辐射出之光线光谱中蓝色成份越多,红色成份也就相对的越少。以发出光色为暖 白色之普通白热灯泡为例，其色温为2700K，而昼光色日光灯之色温为6000K。,CIE Diagram,注：一般白光色温 2700-3500K 为暖白 400
12、0-5500K 为白偏黄 6000-10000K 为冷白,第九部分 LED的参数,9.9 演色性（显示指数）(Color rendering)一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩，就如同在太阳光下看东西一样。当然这需视应用之场合及目的而有不同之要求程度。此准据即是光源之演色特性，称之为 平均演色性指数(general color rendering index,(Ra)“平均演色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之演色性
13、越好，平均演色性指数Ra为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色。Ra值越低，所呈现之颜色越失真。,第九部分 LED的参数,9.9 色温与显示指数,第十部分 LED的特性10.1 LED理想的I-V曲线图,施加正向电压时,施加反向电压时,第十部分 LED的特性10.2 LED电性参数图,第十部分 LED的特性10.3 电性不良对LED的影响,Vf1偏低：激发层有缺陷，通常Iv也低，寿命勘忧；Vf1偏高：外加电阻越高，通常欧姆接触不良造成，Vf2也高；Vf2偏低：若Vf1正常，则无大碍；Vf2偏高：欧姆接触不良造成，会造成耗电，若定电流驱动，会引起电流过 低，导致亮度不亮；V
14、r偏低：同Vf1偏低。,正常的L-I曲线,第十部分 LED的特性10.4 Vf2与温度的关系,第十部分 LED的特性10.5 亮度与温度的关系,第十部分 LED的特性10.6 波长与温度的关系,11.1 车载用灯 汽车的内部照明显示虽不像外部信号灯那样受到政府有关部门的控制，但汽车的制造者对LED的颜色及照度有要求。GaP LED早已用于车内，超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在颜色和照度上可满足制造者的要 求，因而将更多的取代车内白炽灯。下图表示了LED在汽车上的应用：,第十一部分 LED的应用,11.2 交通信号指示：用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现
15、已 遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。采用超高亮度LED取代 白炽灯后，其耗电量仅为原来的12%。,第十一部分 LED的应用,11.3 屏幕显示大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字 的单色、双色和全色显示。,第十一部分 LED的应用,11.4 液晶显示(LCD)的背照明 采用LED作为背照明的液晶显示器可用于移动电话、笔记本电脑，随着小型液晶显示器在节电型通信产品中的广泛使用，将会对超 高亮度LED有更大的需求。,第十一部分 LED的应用,11.5 固体照灯、室内照明 LED固体照明灯的功耗只占白炽灯的10%20%，白炽灯的寿命一般不超过 2000小时，而
16、LED灯的寿命长达数万小时。这种体积小、重量轻、方向性好、节能、寿命长、耐各种恶劣条件的固体光源必将对传统的光源市场造成冲击。,第十一部分 LED的应用,11.6 建筑装饰业 由于LED具有省电、环保、多种色彩等优点，近年来在灯饰行业的应用越来越普遍。,第十一部分 LED的应用,1.LED焊接条件（1）烙铁焊接：烙铁（最高30W）尖端温度不超过300；焊接时间不超过3秒；焊接位置至少离胶体2毫米。（2）浸焊：浸焊最高温度260；浸焊时间不超过5秒；浸焊位置至少离胶体2 毫米。2.引脚成形方法（1）必需离胶体2毫米才能折弯支架。（2）支架成形必须用夹具或由专业人员来完成。（3）支架成形必须在焊接
17、前完成。（4）支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。,第十二部分 LED使用注意事项,3.LED安装方法（1）注意各类器件外线的排列，以防极性装错。器件不可与发热组件靠得太近，工作条件不要超过其规定的极限。（2）务必不要在引脚变形的情况下安装LED。（3）当决定在孔中安装时，计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架 受过度的压力。（4）安装LED时，建意用导套定位。（5）在焊接温度回到正常以前，必须避免使LED受到任何的震动或外力。4.清洗 当用化学品清洗胶体时必须特别小心，因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起 褪色如三氯乙烯、丙酮等。可用乙醇擦拭、浸渍，时间在常温下不超过3分钟。5.工
18、作及储存温度（1）LED LAMPS发光二极管 Topr-3085、Tstg-30100（2）LED DISPLAYS显示器 Topr-2070、Tstg-2085（3）OUT-DOOR LED LAMPS 像素管 Topr-2060、Tstg-2070,第十二部分 LED使用注意事项,6.静电防护 6.1厂务：如静电环与接地设备的备料、工作人员对湿度偏离规定时紧急处理的认知等。6.2手工具及设备：金属外壳设备的接地、离子产生器定期功能确认等。6.3人员：进入ESD防护工作人员受训状况、静电环或静电鞋的测试纪录等。6.4静电放电包装材料：运送静电放电敏感零组件的包装情况、组装后半成品的包装等。6.5进料及检验：是否依料号确认静电放电敏感零组件进料时的警告标示及运送状况等。6.6采购：静电放电敏感零组件的规格、采购人员的ESD认证或训练情况等。,第十二部分 LED使用注意事项,
