最新LED基础知识培训.docx
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateLED基础知识培训LED基础知识培训 LED基础知识目录目录 LED 发展史.2 LED 封装3 LED 电气特性4 LED光学特性.5 LED 热学特性7 温度对LED影响7 LED散热.8 LED散热基板10 LED静电与防护.11 LED静电危害与产生. 11 LED静电防护14 LED电源.16 LED电源类型与特点.16 LED电源测试18 LED电源认证1
2、9拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED发展史LED简介1.光源发展史按电光源的发光机理分类:第一代光源:电阻发光(真空或惰性气体保护的金属高温辐射发光照明)如白炽灯;第二代光源:电弧和气体发光如钠灯,金属卤化物灯;第三代光源:荧光粉发光如荧光灯,霓虹灯;第四代光源:固态芯片发光如LED.2.LED发展史1907年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。50年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。60年代末,在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光
3、LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮,甚至产生出橙色的光。70年代末,制造出能发出纯绿色光的LED。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生,先是红色,接着就是黄色,最后为绿色。90年代早期,采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。 第一个有历史意义的蓝光LED被制造出来。LED定义:所谓LED,就是发光二极管(light emitting diode),顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件。拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED特性LED封装LED按封装形式分类主要有:1.Lam
4、p-LED(垂直LED) Lamp-LED早期出现的是直插LED,它的封装采用灌封的形式。2.SMD-LED(表面贴装LED) 贴片LED是贴于线路板表面的,适合SMT加工,可回流焊,很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,。 3.Side-LED(侧发光LED) 4.TOP-LED(顶部发光LED) 顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极管.主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯. 5.High-Power-LED(高功率LED) 为了获得高功率、高亮度的LED光源,能承受数W功率的LED封装,这种封装采用常规管芯高密度组合封装,发光效率高,热阻低,在大电流下有
5、较高的光输出功率。6.Flip Chip-LED(覆晶LED) :倒装焊结构发光二极管. 常见SMD-LED封装尺寸表英制(inch)公制(mm)长(L)宽(W)行业简称发光方向060316081.6mm0.8mm0603正面发光080520122.0mm1.2mm0805正面发光120430103.0mm1.0mm1204正面发光120632163.2mm1.6mm1206正面发光121035283.5mm2.8mm3528正面发光30143.0mm1.4mm3014正面发光222050505.0mm5.0mm5050正面发光56305.6 mm3.0mm5630正面发光 拟制修改审核审批文
6、件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED特性LED 电压、电流特性一、LED的电压常识: 单个LED灯(3W以下),颜色不同,其要求的电压也不同。红/黄:一般为1.82.1伏,白/绿/蓝:一般为3.03.6伏。集成LED光源电压是自行设计的。二、LED的电流常识: 1.小功率的LED灯(包括插件式或者贴片式),每个芯片上允许通过的电流一般不要高于20毫安;每个双芯片灯上允许通过的电流一般不高于40毫安;同理每个三芯片灯不要高于60毫安。2.大功率LED, 1W通常其允许通过的最大安全电流为350毫安;3W通常其允许通过的最大安全电流为700毫安。三、LED电压与电流关系:
7、OA段:正向死区VA为开启LED发光的电压。红色(黄色)LED的开启电压一般为0.20.25V,绿色(蓝色)LED的开启电压一般为0.30.35V。AB段:工作区在这一区段,一般是随着电压增加电流也跟着增加,发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意,如果不加任何保护,当正向电压增加到一定值后,那么发光二极管的正向电压会减小,而正向电流会加大。如果没有保护电路,会因电流增大而烧坏发光二极管。OC段:反向死区 发光二极管加反向电压是不发光的(不工作),但有反向电流。这个反向电流通常很小,一般在几A之内。CD段:反向击穿区 发光二极管的反向电压一般不要超过10V,最大不得超过15V。超过这个电压
8、,就会出现反向击穿,导致LED报废。拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED特性LED 光学知识(1)光学基本单位:光通量(luminous flux, ) 单位为:流明(lumen,lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。光强度(luminous intensity,l)单位:坎德拉(candela,cd) 光源在某一方向立体角内之光通量大小。一般而言,光源会向不同方向以不同之强度放射出其光通量。在特定方向所放出之可见光辐射强度称为光强度。照度(llluminance,E) 单位:勒克斯(Lux,lx)照度是光通量与被照面之比值。1l
9、ux之照度为1lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。显色指数(CRI:color rendering index) 单位:(Ra)就是一光源(设它亮度为100)的光照到某颜色(见后)上的反射光(色坐标与亮度),与此颜色在同色温的太阳光(亮度也为100)照射下的反射光(色坐标与亮度)相比较。如果一样,显色指数为100,差异大则显色指数小。显色性指数用的颜色,是CIE规定的14种颜色取前8个,R1、R2、.R8,加起来后再平均,则为Ra,称为一般显色指数,代表被测光源的显色性能。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
10、有相同光色之标准黑体。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的普通白热灯泡为例,其色温为2700K,而昼光色日光灯之色温为6000K。蜡烛及火光 1900K以下 朝阳及夕阳2000K 家用钨丝灯 2700K 日出后一小时阳光3500K 早晨及午后阳光4300K 平常白昼50006000K 晴天中午太阳5400K 晴天时的阴影下60007000K 雪地70008500K 蓝天无云的天空10000K以上 等温线拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED自身特性LED 光学知识(2) 色容差(Color
11、Tolerance Adjustment)单位:SDCM1.色容差实际指测量值偏离目标值的距离。 2 .如果要指出测量值的色容差就必须要提供目标值和计算公式。 3.在色容差为5的椭圆中,曲线上点的色容差为5。圈内所有点的色坐标都为小于5。 4.这些椭圆都可以用一定的方程来表示。 5.IEC中规定灯的色坐标不得偏离额定值(x,y)5个sdcm。那也就是说,灯的色坐标都应该在规定的椭圆内CIE1931色度图光束角(beam angle) 指于垂直光束中心线之一平面上,光强度等于50%最大光强度的二个方向之间的夹角 。 另发光强度等于1/2峰值光强的方向所包容的角度定义为光束角,一般而言,窄光束:光
12、束角40度光束角反应在被照墙面上就是光斑大小和光强。同样的光源若应用在不同角度的反射器中,光束角越大,中心光强越小,光斑越大。应用在间接照明原理也一样,光束角越小,环境光强就越小,散射效果就越差。 光束角大小受灯泡及灯罩的相对位置的影响。拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED特性温度对LED的影响一、温度过高会对LED 造成永久性破坏(1)LED 工作温度超过芯片的承载温度将会使LED 的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并造成损坏;(2)LED 多以透明环氧树脂封装,若结温超过固相转变温度(通常为125),封装材料会向橡胶状转变并且热膨胀系数骤升,从
13、而导致LED 开路和失效。二、温度升高会缩短LED 的寿命LED 的寿命表现为它的光衰,也就是时间长了,亮度就越来越低,直到最后熄灭。通常定义LED 光通量衰减30%的时间为其寿命。通常造成LED 光衰的原因有以下几方面: (1)LED使用时导致,诸如焊接时间过长,散热不够等,导致LED在使用过程中温度很高,这方面的原因是目前LED光衰的主要因素。(2)LED 芯片材料内存在的缺陷在较高温度时会快速增殖、繁衍,直至侵入发光区,形成大量的非辐射复合中心,严重降低LED 的发光效率。另外,在高温条件下,材料内的微缺陷及来自界面与电板的快扩杂质也会引入发光区,会加速LED 器件的光衰;(3)高温时透
14、明环氧树脂会变性、发黄,影响其透光性能,工作温度越高这种过程将进行得越快;(4)荧光粉的光衰也是影响LED 光衰的一个主要原因,因为荧光粉在高温下的衰减十分严重。所以,高温是造成LED 光衰,缩短LED 寿命的主要根源。不同品牌LED 的光衰是不同的,通常LED 厂家会给出一套标准的光衰曲线。 拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED散热散热(1)LED热量来源:LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能,而是一部分转化成为热能。其电光转换效率大约只有30%左右。也就是说大约70%的电能都变成了热能。降低LED结温的方法:(1)减少LED本身
15、的热阻; (2)良好的二次散热机构; 1.依LED结温TJ的要求设计二次散热机构。2.安装工艺,导热环节界面平整光滑,接触紧密可靠,必要时可加散热膏或粘合连接安装,以确保将LED的热量高效地引导到二次散热机构。(3)减少LED与二次散热机构安装界面之间的热阻; (4)控制额定输入功率Pd; (5)降低环境温度Ta。各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称 导热系数 材料名称 导热系数 材料名称 导热系数银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铝 237 W/m.K纯铜 398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 1070型铝合金 226 W/m
16、.K金 315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 1050型铝合金 209 W/m.K黄铜30%Zn 109 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 6063型铝合金 201 W/m.K钢0.5%C 54 W/m.K ADC12型铝合金 96 W/m.K 6061型铝合金 155 W/m.K 散热的基本原理:1. 传导 物质本身或当物质与物质接触时,能量的传递就被称为热传导,这是最普遍的一种热传递方式,由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED散热散热(2)2.对流:指的是流体
17、(气体或液体)与固体表面接触,造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 实际热对流又有两种不同的情况:自然对流和强制对流。 强制对流则是流体受外在的强制驱动(如风扇带动的空气流动),驱动力向什么地方,流体就向什么地方运动,因此这种热对流更有效率和可指向性。 风扇强制对流 合成射流技术原理3.辐射:是一种可以在没有任何介质的情况下,不需要接触,就能够发生热交换的传递方式。散热的基本方式:按照从散热器带走热量的方式,可以将散热器分为主动式散热和被动式散热。被动式散热,是指通过散热片将热源的热量自然散发到空气中。主动式散热,可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、化学制冷等等 液冷(大功率
18、LED汽车灯) 铜管散热拟制修改审核审批文件编号日期日期日期日期版本/该次A/0 LED基础知识篇LED散热散热基板MCPCBMCPCB 是指金属基印刷电路板(Metal Core PCB,MCPCB),即是将原有的印刷电路板附贴在另外一种热传导效果更好的金属上,可改善电路板层面的散热。 不过,MCPCB也有些限制,在电路系统运作时不能超过140,这个主要是来自介电层(Dielectric Layer,也称Insulated Layer,绝缘层)的特性限制,此外在制造过程中也不得超过250300,这在过锡炉时前必须事先了解。 MCPCB比FR4 PCB散热效果佳,散热块与金属核心板间的传导是瓶
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