项目一认识LED

总主编陈振源主编吴友明•项目一认识LED•项目二认知LED照明•项目三LED屏幕显示系统的组装与调试•项目四初识LED景观工程•项目五理解LED标准•项目一认识LED项目描述从了解LED的基本特征与分类作为入门，认识常见LED器件；由LED的内在特性分析进而了解普通LED、高亮度LED以及白光LED的性能及其应用前景。知识目标了解LED的基本特征熟悉LED的工作条件认识常见LED器件返回技能目标掌握用万用表测试LED的方法学会测试LED伏安特性学会识别LED器件任务任务一LED认识入门任务二LED特性分析任务三认识高亮度LED任务一LED认识入门1.LED的基本特征（1）发光效率高（7）环保（2）使用寿命长，响应快（3）耗电量少（4）体积小，结构牢固（5）安全可靠性高，控制方式灵活（6）高亮度，低热量名称光通量流明（lm）光效流明每瓦（lm/W）起动特性频闪电磁干扰使用寿命小时（h）易损性白炽灯48012~24快严重无1000玻璃材质易损荧光灯φ=26mm(T8)200030~70慢重大5000玻璃材质易损节能灯（紧凑型）500~54060慢轻大6000玻璃材质易损LED50~20050~200极快无小10000全固体不易损坏表1-1LED与几种常见照明方式效能比较一.LED的分类（1）按波长和亮度分类表1-2LED按波长和亮度分类类型波长亮度材料应用可见光LED450~780nm一般亮度LEDGaP、GaAsP、AlGaAs3C家电、消费电子高亮度LEDAlGaInP(红、橙、黄)户外全彩看板、交通信号灯、背光源、车用照明InGaN（蓝、绿）白光LED背光源、照明不可见光LED850~1550nm短波长红外光（850~950nm）GaA、AlGaAsIRDA模组、遥控器长波长红外光（1300~1550nm）AlGaAs光通讯光源（2）按产业分类LED产业主要可以分成上游外延片生长、中游芯片制造、下游芯片封装三类。①上游外延片生长表1-3LED主要外延片生长技术技术特色优点缺点主要应用液相外延（LPE）以熔融态的液体材料直接和基板接触而沉积晶膜操作简单，晶膜生长速度快晶膜薄度控制差，平整度差一般亮度LED气相外延（VPE）以气体或电浆材料传输至基板，促使晶格表面粒子凝结晶膜生长速度快晶膜薄度及平整度不易控制一般亮度LED有机金属气相外延（MOCVD）将有机金属以气体形式扩散至基板，促使晶格表面粒子凝结晶膜薄度及平整度易控制，纯度高成本较高，成品率较低高亮度LED②中游芯片制造中游芯片制造时根据LED的性能需求进行器件结构和工艺设计，通过外延片扩散、然后金属镀膜，再进行光刻、热处理、形成LED两端的金属电极，接着将基板磨薄拋光后进行切割③下游芯片封装下游把从中游来的芯片粘帖并焊接导线架，经由测试、封胶、然后封装成各种不同的产品。（3）按芯片材料分类基板材料发光材料外延片技术发光颜色波长（nm）光强（mcd）GaP磷化镓GaP,Zn,LPE红光70040GaP,NLPE黄绿光565200GaP磷化镓GaAsPVPE+扩散红光650100GaAsPVPE+扩散橙光650300GaAsPVPE+扩散黄光585200GaAs砷化镓AlGaAsLPE红光655500GaAs砷化镓InGaAlPMOCVD红光6356000InGaAlPMOCVD红橙光6207000InGaAlPMOCVD黄光5908000Sapphire蓝宝石GaNMOCVD黄绿光5206000GaNMOCVD蓝光4652500GaN+荧光粉MOCVD白光30lm/W表1-4LED芯片材料分类（4）按封装结构和管芯数目分类表1-5LED结构特征类型结构特征点光源环氧包封，金属陶瓷底座环氧封装，表面贴装子弹形，圆形，矩形，多边形椭圆形等面光源单列直插，双列直插，表面贴装发光面积大，可见距离远，视角宽，圆形梯形，三角形，长方形，正方形等发光显示器表面贴装，混合封装数码管，符号管，米字管，矩形管，光柱显示器（5）按发光颜色分LED发光颜色可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光和白光等。（6）按出光面特征分按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。(7)按结构分LED按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。（8）按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分，有一般亮度的LED（发光强度＜10mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度LED。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。（9）按显示屏分分类方式LED显示屏简述使用环境室内屏室内LED显示屏在室内环境下使用，此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高，适合较近距离观看。室外屏室外LED显示屏在室外环境下使用，此类显示屏亮度高、混色距离远、防护等级高、防水和抗紫外线能力强，适合远距离观看。显示颜色单基色单基色LED显示屏由一种颜色的LED灯组成，仅可显示单一颜色，如红色、绿色、橙色等。双基色双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65536种颜色（双色屏可显示红、绿、黄3种颜色）。全彩色全彩色（也称三基色）LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成，可以很好地还原自然界的色彩，组成出16777216种颜色。显示功能条形屏条形LED显示屏主要用于显示文字，可用遥控器输入，也可与计算机联机使用，通过计算机发送信息，也可脱机工作。屏幕多做成条形。图文屏图文LED显示屏可显示文字文本、图形图片等信息内容。一台计算机可控制多快屏，可联网脱机显示。混合屏LED混合屏包含数码屏和条形屏，主要用于显示文字和数字。在证券、利率、期货显示以及各种价目表显示等得到广泛应用。视频屏视频LED显示屏可实时、同步地显示各种信息，如二维或三维动画、录像、电视、影碟以及现场实况等多种视频信息内容。封装方式点阵模块模块LED显示屏是由将LED晶片封装在点阵塑胶套件内的LED模块组成，多为室内显示屏。表面贴装表贴LED显示屏是将由LED晶片封装在透明塑料体内，去除了较重的碳钢材料引脚，采SMD(表面贴装工艺)，通过缩小尺寸、扩大视角、降低重量，使应用更趋完美，尤其适合户内，半户外显示屏使用。直插单体直插单体LED显示屏是将LED晶片封装在一个杯型环氧树脂框罩内，两条管脚分别为正负极的两个引线的LED灯组成。应用范围很广。表1-6LED显示屏的分类二、常见LED器件1.常见LED器件形式（1）单体LED(a)椭圆LED(b)普通LED(c)食人鱼LED(2)贴片式（SMD）LED（a）全彩LED(b)白光LED（3）LED点阵模块（a）半户外点阵模块（b）LED室内点阵模块（c）单色LED点阵模块(4)数码管（a）8字型数码管（b）三位数码管（c）管数字点阵模块(5)像素管（b）方形像素灯（a）圆形像素灯2.常见的LED产品【图1-8常见LED产品（1）～（10）】（1）LED封装器件示例（a）大功率贴片式灯珠（b）LED球灯泡（c）LED像素灯（2）LED显示屏示例（a）LED幕墙屏（b）LED条屏（c）LED显示屏（室内全彩）（d）户外LED显示屏（3）LED照明产品示例（a）LED台灯（b）LED路灯（c）LED草地灯（d）LED护栏管（e）LED手电筒（f）LED软条彩灯（g）LED射灯（h）LED闪光灯（i）声光控LED灯2.常见的LED产品【图1-8常见LED产品（1）～（10）】（4）LED交通信号标志示例（5）LED车尾灯（7）LED手机背光源示例(a)LED穿孔字(b)LED霓虹灯(c)LED发光字（9）LED笔记本（10）LED电视红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光和白光等。复习思考题1．LED的基本特征有哪些？2．LED按发光颜色分类有哪几种？4.试比较LED、白炽灯、荧光灯的能量转换效率，说明LED的节能效果。3．试列出几种常见的LED照明产品。（1）发光效率高（7）环保（2）使用寿命长，响应快（3）耗电量少（4）体积小，结构牢固（5）安全可靠性高，控制方式灵活（6）高亮度，低热量技能训练一LED器件识别1.实训目的（1）认识LED的外形（出光面）特征；（2）识别普通LED、贴片LED的极性；（3）初步学会识别LED器件。2.实训器材序号类型型号与规格数量1草帽形LEDF5发光二极管红、绿、蓝各1个或若干个2方形LED2×3×4mm红、绿、蓝、黄、白各1个或若干个3圆头LED5mm红、绿、蓝、白各1个或若干个4椭圆LED5mm红、粉红、橙、黄各1个或若干个5子弹头LED5mm白或其它颜色1个或若干个63528贴片LED20mA白或其它颜色1个或若干个3.实训内容与步骤（1）插件式LED外形识别逐一观察比较，区分不同外观的LED发光二极管，列表写出外观名称；将颜色相同的LED进行归类比较，记入列表中。（2）目测法辨别插件式LED、SMDLED器件正负极a.用眼睛来观察发光二极管，可以发现内部的两个电极一大一小。一般来说，电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极，电极较大的一个是它的负极。b.根据外形标记区分LED正负极LED的管脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有凸起标志，那么靠近凸起标志的管脚就为正极。贴片式LED，俯视，一边带彩色线的是负极，另一边是正极。有绿色点的SMDLED，绿色点为负极，相对的为正极。4.问题讨论（1）如何从LED的外观辨别其正、负极性？（2）查阅网络相关资料，了解普通LED、贴片LED的电流、电压、亮度、颜色及用途等。任务二LED特性分析一、LED的结构及发光原理1.LED的结构LED主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。LED的两根引线中较长的一根为正极，接电源的正极；反之，较短的一根为负极，接电源的负极。图1-10LED的结构2.LED的发光原理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，发出可见光，紫外光或近红外光，从而把电能直接转换为光能当LED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。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。二、LED的参数1.LED电参数（1）正向工作电流IF（2）正向工作电压UF（3）反向电压UR（4）反向电流IR3.LED光学特性参数（1）发光强度（2）光通量（3）发光效率（4）LED发光角度2.LED极限参数（1）允许功耗Pm（2）正向极限电流IFm（3）反向极限电压URm（4）工作环境温度topm1Ai(mA)u(v)20-10-20-30246正向截止区工作区反向截止区BCD反向击穿区8三、LED的特性与发光效率分析1.LED的伏安特性（1）正向特性①正向截止区正向电流很小，LED呈现很大的电阻，不发光。②正向工作区LED正向导通并发亮（2）反向特性①反向截止区LED加上反向电压时，呈现很大的电阻。②反向击穿区当反向电压增加某一数值时，出现击穿现象。LED的U–I特性具有非线性、整流性质（单向导电性），即外加正偏压表现低电阻，反之为高电阻。2.LED光特性分析LED光特性主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性以及光谱参数等。从测量的角度看，光通量的测试一般采用积分球法。在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。光强分布由探测器测试，光谱功率特性可由光谱功率分布表示。3.LED的发光效率分析影响发光效率主要因素有内部量子效率与光提取效率。内部量子效率与组件本身特性如组件材料能带、缺陷、杂质及组件外延组成及结构等相关。影响LED光提取效率因素包括LED电特性、LED芯片取光效率、与LED封装效率。