發(fā)光二極管的全面解讀
LED是Light Emitting Diode的縮寫,中文含義是:發(fā)光二極管,LED也是二極管的一種,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件,它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能下面看看它的工作原理:
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201710/368916.htm在1955年時,美國無線電公司(Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein發(fā)現(xiàn)了砷化鎵(GaAs)與及其他半導(dǎo)體合金的紅外線放射作用,而1962年美國通用電氣公司(GE)的Nick Holonyak Jr則開發(fā)出可見光的紅色LED,當時只能用于收音機指示燈,亮度極低。
經(jīng)過近30年的發(fā)展,到1993年日本的日亞化學(xué)研制出在氮化鎵(GaN)全球首顆藍色發(fā)光二極管,為三基色奠定了雄厚的基礎(chǔ),也為以后研制白光 LED做出巨大貢獻,大家十分熟悉的LED,已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在2000-2005年以后才發(fā)展起來。
最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP,發(fā)紅光(λp=波長650nm),在驅(qū)動電流為20mA時,光通量只有千分之幾個流明,相應(yīng)的光視效能約0.1流明/瓦。
70年代中期,引入元素In和N,使LED產(chǎn)生綠光(λp=波長555nm),黃光(λp=波長590nm)和橙光(λp=波長610nm),光視效能也提高到1流明/瓦。
到了80年代初,出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光視效能達到10流明/瓦。
90年代初,發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功,使LED的光視效能得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光視效能可以達到50流明 /瓦。
下圖為LED發(fā)光二極管的電路符號,左側(cè)為正極,右側(cè)為負極。
一、LED分類
?。?)LED按照發(fā)光顏色可以劃分為: 紅色、綠色、藍色、黃色、白色。
在白色里面還可以劃分為:暖白、中性白、正白、冷白。
暖白含義就是:比較溫暖的感覺,有點淡黃色,但不是黃色,好像黃昏時候的天空,中性白比暖白淺一點,正白就是正午的陽光的顏色,冷白就是晴朗帶著白云的顏色,有點偏藍。
?。?)LED按照電壓等級劃分:黃色、紅色,一般為:1.8-2.2V。白、藍、綠顏色,一般為:3.0-3.8V。
(3)按照色溫等級劃分:暖白為:2700-3500K。
中性白: 4000-4500K
正白為:5000-6000K
冷白為:》7000K
K為色溫的單位
?。?)按照封裝方式劃分: 直插式 LED(DIP),如:圓頭LED,草帽LED等。
貼片式 LED(SMD)如:3528、5050、5730等。
集成封裝LED(COB)。
倒裝封裝LED(FLIP-CHIP)。
(5)按照電流等級劃分: 20mA(0.06W) 30mA(0.1W) 150mA(0.5W) 350mA(1W) 700mA(3W)。
?。?)按照顯色指數(shù)劃分: 60RA、70RA、80RA、85RA、90RA、95RA,RA為顯色指數(shù)的單位,顯色指數(shù)越高證明LED光的失真越小。
90-95RA的LED一般用于醫(yī)療照明和軍工照明航空照明產(chǎn)品。
80-85RA的LED一般用于高端商業(yè)照明,如國內(nèi)的常州良信電器,都采用80-90RA。
?。?)按照功率劃分.06W、0.1W、0.2W、0.5W、0.8W、1W、2W、3W、5W、10W、15W、20W、30W、40W、50W、100W等。
?。?)按照發(fā)光角度劃分:15°、25°、30°、45°、60°、120°。
?。?)按照發(fā)光顏色波段劃分:
620-625NM為紅光RED
590-595NM為黃光YELLOW
470-475NM為藍光BLUE
520-525NM為綠光GREEN
250-265為低紫光這些紫外光可以殺死水中的細節(jié)
殺傷力最強是285nm波長
365-370NM為中紫光有殺傷力請勿直視
405-410為高紫光用于人民幣識別
345-410為植物栽培
?。?0)按照光強劃分:100MCD、200MCD、300MCD、500MCD、800MCD、1200MCD、3000MCD-12000MCD等。
光強的單位是CD,1000mcd=1CD。
?。?1)按照光的亮度劃分: 有1LM紅光,1-2LM黃光,3-5LM綠光,6-7LM白光,10-20LM白光,50-55LM白光,100-120LM單顆白光,120-170LM單顆白光等。
光的亮度單位是:LM即為流明每瓦,白熾燈每瓦亮度一般是8-10LM,節(jié)能燈亮度一般是每瓦60-70LM,LED每瓦亮度一般是80-120LM。流明是單位面積內(nèi)的最大亮度。
?。?2)按照使用環(huán)境等級分:民用等級、醫(yī)療與商業(yè)照明等級、汽車照明等級。
民用等級主要遍布在廣東中山古鎮(zhèn)、 商業(yè)照明與醫(yī)療等級主要遍布在華東市場。
汽車照明等級主要用戶在汽車尾燈、汽車日間行車燈,汽車大燈,高位剎車燈等。
對LED要求相當高,對LED芯片溫度需要承受130℃-150℃。
民用等級芯片溫度高于80℃以上會出現(xiàn)嚴重的光衰減,甚至出現(xiàn)芯片燒壞,死燈現(xiàn)象。
商業(yè)照明等級:商業(yè)照明等級一般采用芯片溫度》105℃-130℃以上的芯片設(shè)計封裝成品LED,大都采用國際知名品牌的芯片封裝成成品的LED顆粒。
?。?3)按照國際品牌劃分:
國際LED研制企業(yè):日本日亞化學(xué)、德國OSRAM、美國CREE,韓國首爾等。
臺系LED研制企業(yè): 億光光電、晶元、光寶科技等。
國內(nèi)LED研制企業(yè): 鴻利光電、木林森、長方照明,德辰光電等。
(14)按照國內(nèi)知名LED應(yīng)用企業(yè)劃分
常州良信電器、TLC照明、江蘇明朗照明、三雄極光等。
筆者在展會上發(fā)現(xiàn)唯有良信電器是自主研發(fā)驅(qū)動電源,采用的是日本日亞的757系列LED。
二、LED制造過程
生產(chǎn)白光LED半導(dǎo)體二極管需要哪些材料:
?。?) 半導(dǎo)體芯片
?。?) 封裝支架
?。?) 熒光粉
?。?) 封裝膠水
(5) 金線
?。?)半導(dǎo)體芯片是LED生產(chǎn)的主要材料,芯片通常都比較小,單位用英制mil表示,1mm=40mil,像市面上常用2835LED 22-24LM光通量尺寸一般為9×20mil,9×22mil,23-25LM 芯片一般為:9×26mil,26lm,一般為11×28mil,是利用氮化鎵固定在藍寶石沉底上用氮氣噴淋生長出來的結(jié)晶芯片,國際上主要有這幾家可以生產(chǎn)芯片:日本日亞、美國CREE、美國普瑞、德國OSRAM、韓國首爾、馬來西亞統(tǒng)明亮DOMINANTtm,臺灣主要有:晶元、奇立、光寶等。
國內(nèi)主要有:清華同方、華燦光電、三安光電等,生產(chǎn)芯片的設(shè)備為MOCVD。
?。?)封裝支架就是:固定芯片的本體包含焊盤外殼在內(nèi),封裝支架制造工藝簡單,國內(nèi)已經(jīng)成熟穩(wěn)定,在國際上質(zhì)量比較好的如:日立化學(xué)、CERR等。
?。?)熒光粉是白光LED主要材料之一,白光LED是用藍光芯片加入熒光粉調(diào)制成不同色溫的白光LED,熒光粉主要生產(chǎn)廠家為:日亞、豐田合成、英特美,熒光粉價格比較昂貴,好的熒光粉價格和黃金差不多價格。
?。?)封裝膠水:主要是混合熒光粉與固定芯片作用,好的膠水,LED光衰很低。
國際比較知名的品牌是:日本的信越膠水、道康寧膠水。
?。?)金線主要作用是把芯片上面的正負極引出固定在支架的焊盤上面,金線制造工藝簡單,國內(nèi)已經(jīng)成熟穩(wěn)定。
三、單顆LED技術(shù)參數(shù)
5730(SMD),VF=3.0-3.2V,IF=150MA,RA=70,6000-6500K
5730為型號,VF=電壓,IF=電流,RA=顯色指數(shù),K為色溫,跟進電壓電流可以算出功率=0.5W。
下面我們用一節(jié)鋰電池和幾個元件來做一個電源驅(qū)動一顆LED。
自備材料: 18650,3.7V,500-1000mA,內(nèi)阻《50毫歐,鋰電池一節(jié)。
2835貼片, 3V,60mA,0.2W,6000-6500K,RA-70,參數(shù)的LED 1只。
35Ω,1/4W,色環(huán)電阻一只。
普通的波段開關(guān)一只。
導(dǎo)線若干。
根據(jù)下面的原理圖制作一只簡易的手電筒吧!
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