《LED基礎(chǔ)知識》PPT課件.ppt

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1、LED 基礎(chǔ)知識 發(fā)光二極 (Light Emitting Diode) LED封裝研發(fā) 2008年 9月 25日 目 錄 第一部分： LED簡介 第二部分： LED與傳統(tǒng)燈泡的比較 第三部分： LED的優(yōu)點 第四部分： LED分類及結(jié)構(gòu) 第五部分： LED的產(chǎn)業(yè)分工 第六部分： LED的發(fā)展 第七部分： LED的四大流程 第八部分： LED的參數(shù) 第九部分： LED的特性 第十部分： LED的應(yīng)用 第十一部分： LED命名 第十一部分 : LED使用注意事項 第一部分 LED簡介 1.什么是發(fā)光二極管 發(fā)光二極管英文全稱為 Light Emitting Diode（簡稱 LED），是一種新型

2、的固態(tài)光源， 誕生于 20世紀(jì) 60年代。 1923年，羅塞夫（ Lossen.o.w）在研究半導(dǎo)體 SiC時有雜質(zhì)的 P-N結(jié)中有光發(fā)射， 研究出了發(fā)光二極管（ LED： Light Emitting Diode），一直不受重視 .隨著電子工 業(yè)的快速發(fā)展，在 60年代，顯示技術(shù)得到迅速發(fā)展 LED才逐步受到人們的重視。 傳統(tǒng)燈 食人魚 LED 普通 LED 未來 LED 大功率 LED 第一部分 LED簡介 2.發(fā)光原理 發(fā)光二極管是由 - 族化合物 ， 如 GaAs（ 砷化鎵 ） 、 GaP（ 磷化鎵 ） 、 GaAsP （ 磷砷化鎵 ） 等半導(dǎo)體制成的 ， 其核心是 PN結(jié) ,中間的有

3、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的有源層 ， 這個有源層就是發(fā)光區(qū) .因此它具有一般 P-N結(jié)的 I-N特性 ， 即正向?qū)?， 反向截止 、 擊穿特性 。 此外 ， 在一定條件下 ， 它還具有發(fā)光特性 。 在正向電壓下 ， 電子由 N區(qū) 注入 P區(qū) ， 空穴由 P區(qū)注入 N區(qū) 。 進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子 （ 少子 ） 一部分與多數(shù) 載流子 （ 多子 ） 復(fù)合 ， 并以光和熱的形式放出能量 。 如圖所示 ， 在電動勢的作用下 ， 電子對從能量高的能級跳躍到能 量低的空穴 ， 根據(jù)能量守恒 ， 多 余的能量以光和熱的形式釋放出 。 第二部分： LED與傳統(tǒng)燈泡的比較 白熱的 技術(shù) 機理 熱量 放電 放電 固態(tài)

4、LED 電子 /空穴復(fù)合 光譜 分布 光效 固有失效 機理 熱量 15% 40% 50% 輻射 對流 傳導(dǎo) 輻射 對流 傳導(dǎo) 內(nèi)部反射 第三部分： LED的優(yōu)點 壽命長（ 100， 000Hrs） 驅(qū)動電壓低（ 1.8 4.5V） 耗電量少（ 40 100mW） 相對冷光源 (熱輻射小 ) 點亮速度快（時間常數(shù)為 10-7 10-9S ） 避免疑似點燈效應(yīng) 體積小 多種色彩 耐震性特佳（全固體封裝，不易破損） 單色性佳（發(fā)光波長穩(wěn)定） 綠色無污染 第四部分 LED分類及結(jié)構(gòu) A.直插式 LED：（ ight emitting diode） 1. 按外形尺寸分： 3mm、 5mm、 8mm、 1

5、0mm等等 2. 按發(fā)光顏色分：紅色、綠、藍(lán)、黃、橙、黃綠、白色、紫色、紅外線、紫外線等 3. 按膠體顏色分：無色透明、有色透明、有色散射、無色散射（深淺根據(jù)配比調(diào)節(jié)） 4. 色彩分類：單色、雙色、全彩（三色） . SMD(Surface mount diode）表面貼裝二極管 1. 按外形分： 0603、 1206、 2810、 3020、 3528 、 5050等等 2. 按顏色分：紅色、綠、藍(lán)、黃、琥珀、黃綠、白色、紫色、紅外線等 ; 3. 按膠體顏色分：無色透明、有色透明、有色散射、無色散射 （深淺根據(jù)配比調(diào)節(jié)） 4. 色彩分類：單色、雙色、全彩（三色） 第四部分 LED分類及結(jié)構(gòu) 第

6、四部分 LED分類及結(jié)構(gòu) 、食人魚（ Flux led） 食人魚產(chǎn)品主要是頂部 LENS的不同種類而改變： 頂部珠子分為： 3mm、 5mm 、平頭與微凸產(chǎn)品。 為改變角度的大小，頂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 . 顏色種類如插件 LED齊全。 第四部分 LED分類及結(jié)構(gòu) D、大功率 LED（ Power led） 1. 大功率有 1w、 3w、 5w、 10w等等不同種類 2. 目前流程大大功率有鋁基板樣式的、 仿 luminous、 SMD樣式的。 3. 透鏡有酒杯狀的、平頭的、透鏡的 4. 直流與交流驅(qū)動 第四部分 LED分類及結(jié)構(gòu)

7、E、數(shù)碼管 LED（ Display） 數(shù)碼管的種類比較繁多 :單位、雙位、三位、四位、多位、 以及客戶要求定做的各種產(chǎn)品。 F、點陣（ Dot matrix display） 外形和數(shù)碼管不同，但性能等相關(guān)規(guī)格差別不大。 發(fā)光二極管組件依其制作過程可分為上游晶圓制作 (單芯片與磊芯片的生產(chǎn) 與制造 )、 中游晶粒制作 (將磊芯片經(jīng)過制作電極 、 平臺蝕刻等程序切割出 LED 晶粒 )及下游封裝 (將晶粒封裝成發(fā)光器件 )， 具體工藝流程為： 1 外延片工藝： 襯底 結(jié)構(gòu)設(shè)計 緩沖層生長 N型 GaN層生長 多量子阱發(fā)光層生長 P型 GaN層生長 退火 檢測 （ 光熒光 、 X射線 ） 外延片

8、 2 晶片工藝： 外延片 設(shè)計 、 加工掩模版 光刻 離子刻蝕 N型電極 （ 鍍膜 、 退火 、 刻 蝕 ） P型電極 （ 鍍膜 、 退火 、 刻蝕 ） 劃片 晶片分檢 、 分級 包裝 3、 封裝工藝： 封裝 擴(kuò)晶 點銀漿 （ 絕緣膠 ） 固晶 烘干 焊線 封膠 （ 環(huán)氧樹脂 ） 烘干 半切 電性能檢測 全切 測試分選 包裝 第五部分： LED的產(chǎn)業(yè)分工 圖 5.1： LED產(chǎn)業(yè)分工圖 Lamp Dot Matrix 基座 基座 基座 晶粒 固 焊 封裝 Display 基座 (Diffusion) (上游 ) (中游 ) (下游 ) Epistar(晶元 ) 、 Cree 、 Formosa

9、(璨圓 ) Nichia(日亞 ) 、 Toyoda(豐田 ) 、 Etc Epistar(晶元 ) 、 Cree 、 Formosa(璨圓 ) Nichia(日亞 ) 、 Toyoda(豐田 ) 、 Agilent Nichia(日亞 ) 、 Toyoda(豐田 ) 、 Cree Rohm (羅姆） 、 Everlight(億光 ) 、 Osram Seoul(首爾 ) 、 Edison(愛迪森 ) 、 第六部分 LED的發(fā)展 低壓 節(jié)能燈 （ 18W） 白 熾燈 (白光 燈 ) （ 40W） 鹵素 燈 （ 30w） Yellow Filtered 1965 1970 1975 1980 1

10、985 1990 1995 2000 2005 100 10 1 0.1 GaAsP Red CaP Red GaP Green GaAsP Red/Yellow AlGaAs SH Red AlGaAs DH Red AlGaAs DDH Red AlGaInP-AS Red/Orange/Yellow AlGaInP-TS Red/Orange/Yellow Shape AlGaInP-TS Red/Orange/Yellow Best Device InGaN Green Yellow Blue Ni tri de SiC Blue Red Filtered Edisons First

11、Light Bulb 第七部分 LED的四大流程 固晶 焊線 封膠 測試 流程 晶片 ,支架 ,銀膠 物料 ASM固晶機 設(shè)備 金線 ASM焊線機 膠水 灌膠機 ,烤箱 / 分光機 (裝帶機 ) 8.1 波長 (Wavelength ) 光是一種電磁波 波長決定光的顏色 可見光的波段從紫光 (約 380nm )到紅光 (780nm ) 不可見光的波長 * 紅外線長于 780nm * 紫外線短于 380nm (d) 用來表示光的顏色 可見光 380-780 nm 紫外線 100-380nm 紅外 線 780-1,000,000nm 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9

12、100 1,000 波長 1,0000 (納 米 nm) x-射線 微波 第八部分 LED的參數(shù) 第 八 部分 LED的參數(shù) 8.2 正向電壓 VF (Forward voltage ) 通過發(fā)光二極管的正向電流為確定值時，在兩極間產(chǎn)生的電壓降。 V 8.3 反向電流 IR (Reverse current) 加在發(fā)光二極管兩端的反向電壓為確定值時，流過發(fā)光二極管的電流。 V 第八部分 LED的參數(shù) 8.4 光通量 v Luminous flux 通過發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時， 一光源所發(fā)射并被人眼感知之 所有輻射能稱之為光通量 單位 :流明 (LM) 8.5 發(fā)光（或輻射）強度 Iv

13、Luminous（ or Radiant） intensity 光源在單位立體角內(nèi)發(fā)射的光（或輻射）通量，可表示為 Iv =d/d。單位 :mcd 其中 : 距離 d在 CIE中規(guī)定了兩種標(biāo)準(zhǔn) d1: 100mm d2: 316mm V 第八部分 LED的參數(shù) 8.6 CIE X Y色度圖 因白光非單一色光 ,所以在 測試時 ,白光分色按右圖 分 X,Y值 ,而其它顏色光按 波長來分 . 正白光其 X/Y在 0.30-0.31左右 第八部分 LED的參數(shù) 8.7 發(fā)光（或輻射）強度空間分布圖 （發(fā)光角度） Luminous diagram 反映器件的發(fā)光（或輻射）強度空間分布（單位：度），此參

14、數(shù)受 LED封裝外形 影響較大。 測試原理 測試結(jié)果 第八部分 LED的參數(shù) 8.8 色溫 ( Co1or Temperature ) 單位：絕對溫度 ( Kelvin, K ) 一個光源之色溫被定義為與其具有相同光色之“標(biāo)準(zhǔn)黑體” 本身之絕對溫度值， 此溫度可以在色度圖上之普朗克軌跡上找到其對應(yīng)點。標(biāo)準(zhǔn)黑體之溫度越高 ,其 輻射出之光線光譜中藍(lán)色成份越多 ,紅色成份也就相對的越少。以發(fā)出光色為暖 白色之普通白熱燈泡為例，其色溫為 2700K，而晝光色日光燈之色溫為 6000K。 CIE Diagram 注：一般白光色溫 2000-3000K 為暖白 3000-5000K 為白偏黃 5000-

15、8000K 為正白 8000-10000K 為冷白 10000以上為白偏藍(lán) 第八部分 LED的參數(shù) 8.9 演色性 （ 顯示指數(shù)） (Color rendering ) 一般認(rèn)為人造光源應(yīng)讓人眼正確地感知色彩，就如同在太陽光下看東西一 樣。當(dāng)然這需視應(yīng)用之場合及目的而有不同之要求程度。此準(zhǔn)據(jù)即是光源之演 色特性，稱之為 平均演色性指數(shù) (general color rendering index, (Ra)“ 平均演色性指數(shù)為對象在某光源照射下顯示之顏色與其在參照光源照射下 之顏色兩者之相對差異。其數(shù)值之評定法為分別以參照光源及待測光源照在 DIN 6169所規(guī)定之八個色樣上逐一作比較并量化其

16、差異性；差異性越小，即 代表待測光源之演色性越好，平均演色性指數(shù) Ra為 100之光源可以讓各種顏色 呈現(xiàn)出如同被參照光源所照射之顏色。 Ra值越低，所呈現(xiàn)之顏色越失真。 Ra=85 Ra=70 第九部分 LED的特性 9.1 LED理想的 I-V曲線圖 施加正向電壓時 施加反向電壓時 第九部分 LED的特性 9.2 LED電性參數(shù)圖 正 向 電 流 反向電壓 反 向 電 流 正向電壓 10.1 車載用燈 汽車的內(nèi)部照明顯示雖不像外部信號燈那樣受到政府有關(guān)部門的控制， 但汽車的制造者對 LED的顏色及照度有要求。 GaP LED早已用于車內(nèi)， 超高亮度 AlGaInP和 InGaN LED由于

17、在顏色和照度上可滿足制造者的要 求，因而將更多的取代車內(nèi)白熾燈。下圖表示了 LED在汽車上的應(yīng)用： 第十部分 LED的應(yīng)用 10.2 交通信號指示： 用超高亮度 LED取代白熾燈 ， 用于交通信號燈 、 警示燈 、 標(biāo)志燈現(xiàn)已 遍及世界各地 ， 市場廣闊 ， 需求量增長很快 。 采用超高亮度 LED取代 白熾燈后 ， 其耗電量僅為原來的 12%。 第十部分 LED的應(yīng)用 10.3 屏幕顯示 大屏幕顯示是超高亮度 LED應(yīng)用的另一巨大市場，包括：圖形、文字、數(shù)字 的單色、雙色和全色顯示。 第十部分 LED的應(yīng)用 10.4 液晶顯示 (LCD)的背照明 LED作為背照明的液晶顯示器可用于移動電話

18、、 筆記本電腦 ， 隨著小型液晶顯示器在節(jié)電型通信產(chǎn)品中的廣泛使用 ， 將會對超 高亮度 LED有更大的需求 。 第十部分 LED的應(yīng)用 10.5 固體照燈 、 室內(nèi)照明 LED固體照明燈的功耗只占白熾燈的 10% 20%，白熾燈的壽命一般不超過 2000小時，而 LED燈的壽命長達(dá)數(shù)萬小時。這種體積小、重量輕、方向性好、 節(jié)能、壽命長、耐各種惡劣條件的固體光源必將對傳統(tǒng)的光源市場造成沖擊。 第十部分 LED的應(yīng)用 10.6 建筑裝飾業(yè) 由于 LED具有省電、環(huán)保、多種色彩等優(yōu)點，近年來在燈飾行業(yè)的應(yīng)用越來 越普遍。 第十部分 LED的應(yīng)用 11.1真明麗 LED型號命名 N L 1 2 3

19、4 5 6 7 8 1 、字母 N表示公司代碼 NEO-NEON HOLDINGS LTD. 2 、字母 L表示 LED LAMP。 3 、模粒類別 用兩位字符表示，第一位表示外徑，如： 3代表 3， 5代表 5， 8代表 8， A代表 10， B代表長方形；第二位為流水碼，參見 LED原物料對照表 (模粒類 )。 4 、支架類別 代碼參見 LED原物料對照表 (支架類 )。 5、切腳卡點 0：表示正常切腳無卡點 1：表示正常切腳帶卡點 6、顏色代碼 D：深紅色 E：紅橙色 A：琥珀色 P：純綠色 S：標(biāo)準(zhǔn)綠 G：黃綠色 Y：黃色 B：藍(lán)色 W：白色 V：紫色 第十一部分 LED的應(yīng)用 7、封

20、膠類別 D： COLOR DIFFUSED 帶色擴(kuò)散（ A膠 +B膠 +色膠 +擴(kuò)散劑） T： COLOR TRANSPARENT 帶色透明（ A膠 +B膠 +色膠） W： WHITE DIFFUSED 白色擴(kuò)散（ A膠 +B膠 +擴(kuò)散劑） C： WATER CLEAR 無色透明（ A膠 +B膠） 8、晶片代碼（參見 LED原物料對照表）。 例如 :型號 NL53360WC-FD 第十一部分 LED命名 1.LED焊接條件 （ 1）烙鐵焊接：烙鐵（最高 30W）尖端溫度不超過 300 ；焊接時間不超過 3秒； 焊接位置至少離膠體 2毫米。 （ 2）浸焊：浸焊最高溫度 260 ；浸焊時間不超過

21、5秒；浸焊位置至少離膠體 2 毫米。 2.引腳成形方法 （ 1）必需離膠體 2毫米才能折彎支架。 （ 2）支架成形必須用夾具或由專業(yè)人員來完成。 （ 3）支架成形必須在焊接前完成。 （ 4）支架成形需保證引腳和間距與線路板上一致。 第十二部分 LED使用注意事項 3.LED安裝方法 （ 1）注意各類器件外線的排列，以防極性裝錯。器件不可與發(fā)熱組件靠得太近， 工作條件不要超過其規(guī)定的極限。 （ 2）務(wù)必不要在引腳變形的情況下安裝 LED。 （ 3）當(dāng)決定在孔中安裝時，計算好面孔及線路板上孔距的尺寸和公差以免支架 受過度的壓力。 （ 4）安裝 LED時，建意用導(dǎo)套定位。 （ 5）在焊接溫度回到正常以前，必須避免使 LED受到任何的震動或外力。 4. 清洗 當(dāng)用化學(xué)品清洗膠體時必須特別小心，因為有些化學(xué)品對膠體表面有損傷并引起 褪色如三氯乙烯、丙酮等?？捎靡掖疾潦?、浸漬，時間在常溫下不超過 3分鐘。 5. 工作及儲存溫度 （ 1） LED LAMPS發(fā)光二極管 Topr-3085 、 Tstg-30100 （ 2） LED DISPLAYS顯示器 Topr-2070 、 Tstg-2085 （ 3） OUT-DOOR LED LAMPS 像素管 Topr-2060 、 Tstg-2070 第十二部分 LED使用注意事項 The END TKS!