LED培训资料1.docx
《LED培训资料1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED培训资料1.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
LED培训资料1
本文由八戒妳瘦了贡献
一、LED基本介绍
LED发光原理：
LED是英文lightemittingdiode的缩写，即：
光线激发二极管，属于一种半导体元器件。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
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，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它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。
打个比方，LED就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼”，而上下的电极就是夹肉的面包。
而通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件，但是无论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发生太大的变化。
制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。
历史上第一个LED所使用的材料是砷（As）化镓（Ga）,其正向PN结压降（VF，可以理解为点亮或工作电压）为1.424V，发出的光线为红外光谱。
另一种常用的LED材料为磷（P）化镓（Ga），其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。
基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。
一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。
其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光LED等。
由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。
而GaN（氮化镓）的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。
而目前最新的工艺是用混合铝（Al）、钙（Ca）、铟（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生。
除此之外还有在蓝光LED上涂上荧光粉，将蓝光转化成白光的白光LED。
LED制作材料通常为砷、磷、镓等Ⅲ-Ⅴ族元素，制作过程包括上游的晶圆制作、磊晶成长，中游的扩散制程、金属蒸镀、晶粒制作，以及下游的产品封装及应用市场等。
LED特性：
冷性发光不产生热，元件寿命长（十万小时以上）、反应速度很快、体积小、功耗小、适合量产。
二、LED光源的优点
作为一种出现时间最晚的照明技术，LED的优点不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等传统光源，因此自60年代诞生以来，得到了长足的发展和应用。
而相对于白炽灯、荧光灯等老一代发光设备，LED的优点主要体现在以下几个方面：
1.LED在结构上没有玻璃外壳，不需要想白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体，因此抗震、抗冲击性良好，给生产、运输、使用各个环节带来便利。
2.LED元件的体积可以做的非常小，更加便于各种设备的布置和设计。
3.LED的发出的光线能量集中度很高，集中在较小的波长窗口内，纯度高。
4.LED元件的寿命非常长，普遍在5万-10万小时之间，即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。
5.LED响应时间非常快，在微秒级别。
6.LED的发光指向性非常强，亮度衰减比传统光源低很多。
7.LED在生产过程中不要添加“汞”，非常环保。
8.LED使用低压直流电即可驱动，对使用环境要求较低。
LED发光设备的这些优点，不仅为其在日常照明领域的广泛应用奠定了坚实基础，也为LED进入显示设备领域打造了一条充满希望的道路。
不过，LED并不是从一开始就拥有如此之多的优势，也是经过了一段较长时间的发展，下面我们就去看看LED从诞生到现在所经历过的发展变迁之路。
三、LED照明技术的发展历程
在LED刚刚出现的时候，其发光的颜色和效率都比较低。
当时主要使用的发光材料是“GaAsP”，驱动电流在20mA，只能发出红色的光，而且发光效率只有０.１流明/瓦，因此亮度仅仅能够满足一些仪表、电器上的指示之用，并没有得到广泛的使用和注意。
LED发展回顾
而在随后的几十年里，一些新的发光材料被逐步引入到LED当中，LED逐渐开始显露出强劲的发展后劲。
在70年代中期，通过引入元素In和N，使得LED可以发出波长为555纳米的绿光、波长为590纳米的黄光和波长为610纳米的橙光，同时发光效率也提高到了1流明/瓦。
到了80年代初，又出现了使用GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。
而进入90年代后，能发出红光、黄光的GaAlInP和发出绿光、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。
在2000年，前者做成的LED在红、橙色光区域（波长615纳米左右）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（波长为530纳米）的光效也可以达到50流明/瓦。
不仅超过了传统的白炽灯，而且和发光效率较高的荧光灯已经非常接近。
而按照材料科学的发展速度，发光效率能达到200流明/瓦的LED也将在较快的时间内问世
四、白光LED的发光原理
而在LED发光技术的发展史上，白光型LED的出现，则成为LED进入快速发展阶段的重要突破。
在上世纪末，受到荧光灯发光原理的启发，LED厂家通过在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光的LED发光元件。
此外，通过采用不同的荧光粉，可发出色温为4500～10000K多种白光LED，也让白光LED具备了成为新一代照明设备的能力。
目前，白光LED的发光效率大都已超过30流明/W，某些产品已超过50流明/W的水平，具备了正式大规模实用化的基础。
白炽灯、荧光灯和LED灯光效率的发展趋势
经过这么多年的发展，LED照明发光技术已经便成为一种相对成熟的事物，市面上不仅有能发出各种色彩的LED产品，也出现了大量可以用于直接照明的LED产品，此外，在显示领域，LED产品也经历了从单色到彩色，从低分辨的文字到高分辨率图像显示的进化过程，正在日益影响着我们的生活和工作。
1.什么是白光LED？
对于普通照明而言，人们需要的主要是白色的光源。
1998年发白光的LED开发成功。
这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。
GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光，峰值550nm。
蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。
LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。
现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。
白光就是有各种颜色光组成的,平常的太阳光,日光灯都属于白光
白光是由可见光（红橙黄绿蓝靛紫）和不可见光（微波无线电波红外线紫外线X射线r射线等）共同混合组成的光
2.当前制造白光LED的主流方法是什么？
目前，LED实现白光的方法主要有三种：
a.通过LED红绿蓝的三基色多芯片组和发光合成白光。
优点：
效率高、色温可控、显色性较好。
缺点：
三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。
b.蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉。
优点：
效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。
缺点：
一致性差、色温随角度变化。
c.紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。
优点：
显色性好、制备简单。
缺点：
目前，LED芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉温度稳定性问题有待解决
五、LED技术在显示领域的应用
LED的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等各大领域。
1、汽车部分：
以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部（第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等），目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系列采用高亮度LED，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度LED，其他各车厂新车，也在陆续采用。
若再加上前后车灯、刹车灯，交通标志等，与交通有关的市场，商机非常庞大。
在交通标志灯市场方面，全球约有2000万座交通标志灯，若每年更新200万座，商机可延续10年。
2、背光源部分：
主要是手机背光光源方面，是SMD型产品应用的最大市场。
虽然近两年手机的增长速度已明显趋缓，但全年仍有4亿支水准，以1支手机要LED背光源2颗、按键6颗SMDLED计，一年保守4亿支手机需求约32亿颗LED。
最近韩国蓝色背光手机风潮，使蓝光LED的市场供不应求，显见手机在LED应用市场中仍占有举足轻重的地位。
继蓝光手机后，目前市场已是彩屏手机天下。
以往彩屏手机是极高端产品，不过今年主要零组件价格下滑，使得彩屏手机和单色手机的价差缩小，加上厂商的大力促销，手机的换型潮悄然发生。
由于LED的优良发光特性，LED元件不仅可以做成直接显示的设备，近年来，LED也被逐渐引入到现有的平板显示技术中，特别是液晶显示技术，非常有可能下一个被LED所垄断的产业。
LED背光源的色彩饱和度较佳，响应时间极快，漏光效果较弱。
如果通过增加对比、进行区域控制等手段，性能要大大优于冷阴极荧光灯（CCFL）。
而且冷阴极荧光灯含有汞等有害物质，LED相较之下更具环保优势。
LED已经在很多移动设备所使用的小尺寸面板中普及。
而笔记本电脑和液晶电视等大尺寸面板用背光源将是LED产业下一个重量级应用。
目前LED技术在液晶领域的应用，主要是利用LED发光元件替代以前的CCFL荧光灯光源，作为液晶显示设备的背光源。
而如果要再次细分的话，又可以按照LED发出的光源色彩，分成白光LED背光源和RGB-LED背光源两种。
a.白光LED背光源技术
在上文中，我们曾经提到过LED在发展过程中的突破之一就是实现了可发出白色光的目标。
在液晶显示设备的成像原理中，背光源发出的白光，经过液态晶体层后，再通过R/G/B彩色滤光膜，变成独立的原色。
在这一过程中，决定最后液晶显示设备色彩的关键并不是液态晶体层，而是背光源的发光质量。
背光源的光谱中RGB每种原色光的纯度越高，在最后才能还原出越纯正的原色，只有还原出纯正的RGB三原色，才能调配出纯正而且真实的色彩效果。
传统的CCFL光源在发光质量上并不理想，因此还原不出非常纯正的色彩，用色域范围来衡量的话，一般就在NTSC等比的72%左右，即使是通过采用改进型的CCFL光源，也只能达到NTSC等比90%左右的色域范围，这就造成现实世界中鲜艳、真实的色彩无法在液晶电视上还原，从而影响了图像质量。
而通过采用高发光质量的白色LED背光源，液晶电视的色域范围可以轻松达到NTSC等比100%左右，对色彩效果提升作用明显。
索尼VAIOSZ笔记本采用白光LED前后结构对比
采用白光LED的另一个好处是可以有效降低液晶面板的厚度，非常适合移动设备对轻薄的追求。
在介绍LED技术优点的时候，有一条就是LED的体积可以做的非常小。
在液晶显示设备中，LED背光灯板的形状与尺寸会按照液晶面板的形状及尺寸不同而不同。
LED背光灯板基本上是长方形或长条形的。
它有侧部发光及底部发光两种基本结构。
侧部发光的结构主要用于狭长条形的背光灯板（一般长度大于2倍的宽度）;而底部发光结构主要用于长度与宽度相差不多的背光灯板。
发光二极管点亮时，光线射入透明有机玻璃，使整个发光面都可以看到亮光，这称为边光效应。
有机玻璃顶部做成微珠粒状，可使整个发光面的光线更均匀。
有机玻璃的顶部有一层乳白色透明塑料膜，可使发出的光更为柔和。
背光灯板两侧边用银色遮光胶带封住。
每个LED发光单元列有两个串联的二极管，若干列组成LED阵列（视背光灯板的长度而定）。
以笔记本产品为例，采用白光LED作为液晶显示屏的背光源后，LED背光源以多组排列于底部放置，来代替传统的CCFL细灯管，在SONYVAIOTX笔记本上，就使用了40个的LED发光元件。
用LED代替细灯管后，原导光板厚且成楔形的设计被取消，转而导光板可以用厚度均匀且可以把整体的厚度降底。
LED的另一优点——省电，也在应用时得到了青睐。
对于笔记本等移动型产品而言，使用LED可以提高整机的使用时间，从而提升了移动时的持久性。
不过对于电视机而言，现阶段使用LED背光并不能大幅度降低耗电量，主要是因为电视对亮度的要求较高，为了满足亮度的需求，就要提高LED元件的数量，从而导致整体功率没有出现明显降低。
不过，相信随着更高发光效率的LED元件的出现，液晶电视将使用数量较少的LED元件就能实现高亮度显示，届时耗电量将出现大幅的下降。
b.RGB-LED背光源技术
由于RGB三原色可以调配出自然界中任何一种色彩，因此除了白光LED，在液晶显示领域，还有一种采用可以发出R/G/B三种单色光的LED背光源技术。
RGB-LED背光源，就是通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED元件，实现传统CCFL光源不能达到的宽广色域范围。
目前主流的RGB-LED背光源已经可以达到105%的NTSC色域范围，而且只要采用性能更加强大的LED器件，目前已经可以实现120%以上的NTSC色域范围。
这点对于以还原图像为主的电视机而言，将是一个非常有效的提升画质的手段。
可以预见的是，RGB-LED将在未来几年内成为液晶电视的一个重要发展突破方向。
除了更加良好的色域表现力，采用RGB-LED光源还可以有效提升电视机的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。
由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制。
根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用CCFL光源的液晶电视所不能企及的。
SONY的TRILUMINOS技术就是RGB-LED背光源
目前在电视机领域，已经有多家厂商推出了采用RGB-LED背光源的商用化产品，例如索尼最新的70吋液晶电视70X300A，就采用了RGB-LED背光源。
利用LED可以快速关闭、分区域灵活控制、亮度可调的优点，不仅摆脱了传统液晶电视暗部画面层次表现不良的缺点，表现出来的优美色彩效果，已经和现有任一种液晶电视拉开了足够距离。
由于可以直接发出R/G/B三原色光，因此更有厂家计划取消液晶电视中占有较高成本的彩色滤膜，不过这项技术还没有进入真正的商用阶段，还需要市场和时间的考验。
总的说来，LED技术无论是应用于照明领域，还是显示辅助领域，或者直接用作显示设备使用，都能通过自身的优势获得各种传统设备不能比拟的性能。
然而，凡事存在好的一面，当然也会有不好的一面。
作为新一代的照明技术，LED并非十全十美，在上述的几个应用领域中，还存在着一定的问题。
3、显示屏LED显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，得到了飞速发展，它与传统的显示媒体―多彩霓虹灯、象素管电视墙、四色磁翻板相比较，以其亮度高、动态影像显示效果好、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富、性能价格比高等优势，已广泛应用于各行各业。
LED在显示技术领域面临的问题
（1）和在照明领域遇到的主要问题一样，LED在作为新型背光源的同时，也面临着发光效率的问题。
目前传统CCFL冷阴极荧光灯虽然耗电量大、发光质量一般，但是其发光效率可达到50～100流明/瓦，而白光LED器件在刚起步时发光效率仅为20lm/W甚至更低，这就注定LED在开始时并不适合作为LCD显示器的背光源。
不过，白光LED的发光效率以每年提高60%的幅度提升，到目前为止，白光LED器件的发光效率突破50lm/W，开始达到实用化水平。
（2）LED背光源系统的成本要高于冷阴极荧光管。
目前LED背光模组零组件的价格为CCFL背光源的5倍左右，屏幕尺寸越大，采用LED背光技术的成本就越高。
不过LED产业也存在类似微处理器产业中的“摩尔定律”——Haitz定律，以安捷伦（LED领域领导厂商）的前任技术科学家RolandHaitz命名。
其内容是LED的价格每10年将为原来的1/10，性能则提高20倍。
如果这个定律能够不断应验，而随着产能的增加，LED背光源的成本将快速下滑。
预计到未来一两年LED背光的售价可降到CCFT背光的2倍左右，距离大规模普及仅有一步之遥。
（3）RGB-LED背光源中，发出每种原色的LED元件由于采用了不同的发光材料，因此在长时间使用后，其性能的衰减将不一致，这也可能导致届时显示的效果出现比较大的偏差。
5.LED照明已逐渐发展至商品化的初步阶段，唯在使用寿命及价格上仍有改进空间。
按照厂商预测，在2004年，白光LED发光效率即可达到与20W日光灯管相同的60lm／W，并在2010年提升至100lm／W，足以取代40W日光灯管。
至于单价则将从每颗100日元左右，以每年20％速度向下降低。
而价格的快速下滑使白光LED的应用面很快地增长，不过未来最被看好的还是能取代白炽钨丝灯泡及日光灯的白光LED
LED在照明领域面临的问题
（1）首先是发光效率问题。
提高LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与LED芯片的结构和制造工艺。
由于这部分工作需要强大的理论研究基础和先进的半导体工艺设备，因此要实现200流明/瓦的目标路途依然比较艰难。
（2）高功率问题。
作为照明，单个LED输出的光通量必须足够大，欲加大LED的光通量，首先必须注入足够的电功率。
但LED芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。
显然，设计较大输入功率的LED器件和灯具，除需用面积较大的芯片外，还必须有良好的散热结构。
现在国外一些著名公司已设计研制了一些特殊的LED器件结构，并已获得了较好的效果。
（3）由于LED照明需由多个LED管组成，其参数离散性也是一个技术问题。
除了通过预选、分类，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构（包括LED的排列和位置布局）和研究合适的驱动电路，防止偶尔产生的能量集中而烧毁部分LED。
（4）此外，由于多个LED组成一只照明灯具时，免不了对LED进行并联、串联。
而在使用过程中只要有一个LED短路或开路，都将会导致整小片或整条LED熄灭，影响照明效果。
为此，必须研究简单而廉价的保护电路，使这种不良影响降至最低限度。
总结
作为20世纪人类最重要的100项发明之一的LED技术，在经历了30多年的发展后，终于迎来了距离广泛应用不远的日子，相信通过本文的介绍，你也对LED将在哪几个方面对我们的生活产生影响有了一定了解。
无论LED技术走向何方，这一充满前途的技术必将给我们的生活带来巨大的改变。
六、市场概況：
LED可分为可见光（450~780nm）与不可见光，在可见光部分传统亮度产品已是成熟型产品，产量虽大，不过由于价格低产值不高，年复合成长率也只有10%；高亮度LED是目前的主流产品，主要应用在大型看板、交通标志、背光源、汽车第三刹车灯。
较成熟的AlGaInP（红、橙、黃光）应用广泛，专利问题不大，价格已与传统亮度接近，应用的领域巨大。
现阶段最热门的属GaInN（蓝、绿光）产品，近年在蓝色背光源手机风潮下需求强劲，产品应接不暇。
GaInN+荧光粉（白光）主要应用于照明上，由于蓝光的突破全球大厂纷纷投向白光照明的研发，加上近期全彩手机风行，使白光背光源炙手可热，未来技术若有进展，将逐步取代一般照明市场，拥有庞大的商机。
在不可见光方面，主要用在红外线（850~950nm）及光通讯（850~1550nm）领域，由于这方面投入较高，技术难度大，产品的价格与毛利率也较好，目前市场是美、日、欧等大厂分食的局面。
根据StrategiesUnlimited的预估，1998年世界可见光LED生产值，以10.4亿美元及54.1%的占有率最高；第二是台湾3.46亿美元、18%的占有率，美国以16.5%、3.18亿美元，排名第三；欧洲地区则有2亿美元产值，及10.4%占有率
七、LED产品不容忽视的几个关键问题
LED产品拥有广阔的市场前景勿庸置疑，尤其是在照明领域。
如果LED光源广泛应用于照明领域将是人类照明史上的一场革命。
但受技术等因素的制约目前还不能广泛推广。
现在应用于灯饰亮化领域的LED产品比较多，如LED护栏灯、LED草坪灯、LED射灯、LED水底灯、LED地埋灯等。
之所以应用越来越广泛与LED光源本身的优点是分不开的。
有关LED光源节能、寿命长、无辐射（绿色光源）等优点，大家应该都比较了解，下面是与LED产品有关的几个问题。
1.应使用直流电源供电
有些生产厂家为了降低产品成本采用“阻容降压”方式给LED产品供电，这样会直接影响LED产品的寿命。
采用专用开关电源（最好是恒流源）给LED产品供电就不会影响产品的使用寿命，但产品成本相对较高。
2.需做好防静电措施
LED产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施，如：
工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证车间的湿度在65%左右，以免空气过于干燥产生静电，尤其是绿色LED相对而言更容易被静电损坏。
另外，不同质量档次的LED抗静电能力也不一样，质量档次高的LED抗静电能力要强一些。
3.要注意温度的升高会使LED内阻变小
当外界环境温度升高后，LED光源内阻会减小，若使用稳压电源供电会造成LED工作电流升高，当超过其额定工作电流后，会影响LED产品的使用寿命，严重的将使LED光源“烧坏”，因此最好选用恒流源供电，以保证LED的工作电流不受外界温度的影响。
4.LED产品的密封
不管是什么LED产品，只要应用于室外，都面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就会直接影响LED产品的使用寿命。
现在有少部分对产品质量要求比较高的生产厂家采用传统的环氧树脂“浇灌”的方法来密封LED产品，这种方法操作起来比较麻烦，对于体积较大的LED产品（如LED护栏灯）不是很适合，也会造成产品的重量增加。
附1.LED专业术语解释
（一）:
色温
以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。
因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。
仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。
不同
升级会员 