LED基础知识培训.docx
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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………………………………………………………………………………………………19
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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HenryJosephRound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（lightemittingdiode）,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。
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LED基础知识篇
LED特性
LED封装
LED按封装形式分类主要有：
1.Lamp-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,在大电流下有较高的光输出功率。
6.FlipChip-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
0603
1608
1.6mm
0.8mm
0603
正面发光
0805
2012
2.0mm
1.2mm
0805
正面发光
1204
3010
3.0mm
1.0mm
1204
正面发光
1206
3216
3.2mm
1.6mm
1206
正面发光
1210
3528
3.5mm
2.8mm
3528
正面发光
3014
3.0mm
1.4mm
3014
正面发光
2220
5050
5.0mm
5.0mm
5050
正面发光
5630
5.6mm
3.0mm
5630
正面发光
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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1.8~2.1伏，白/绿/蓝：
一般为3.0~3.6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:
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0.2~0.25V,绿色（蓝色）LED的开启电压一般为0.3~0.35V。
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μA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，就会出现反向击穿，导致LED报废。
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LED基础知识篇
LED特性
LED光学知识
（1）
光学基本单位：
光通量（luminousflux,Φ）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（luminousintensity,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。
1lux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：
colorrenderingindex）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（Co1orTemperature）单位：
绝对温度（kelvin,k）
一个光源之色温被定义为与其具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 5000~6000K
晴天中午太阳 5400K
晴天时的阴影下 6000~7000K
雪地 7000~8500K
蓝天无云的天空 10000K以上
等温线
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LED基础知识篇
LED自身特性
LED光学知识
（2）
色容差（ColorToleranceAdjustment）单位：
SDCM
1.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（beamangle）
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：
光束角<20度；中等光束：
光束角20~40度，宽光束：
光束角>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。
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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。
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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%411W/m.K硬铝4.5%Cu177W/m.K纯铝237W/m.K
纯铜398W/m.K铸铝4.5%Cu163W/m.K1070型铝合金226W/m.K
金315W/m.KMg,0.6%Mn148W/m.K1050型铝合金209W/m.K
黄铜30%Zn109W/m.K青铜25%Sn26W/m.K6063型铝合金201W/m.K
钢0.5%C54W/m.KADC12型铝合金96W/m.K6061型铝合金155W/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。
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LED基础知识篇
LED散热
散热
（2）
2.对流：
指的是流体（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LED汽车灯）铜管散热
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LED基础知识篇
LED散热
散热基板
MCPCB
MCPCB是指金属基印刷电路板（MetalCorePCB，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（DielectricLayer，也称InsulatedLayer，绝缘层）的特性限制，此外在制造过程中也不得超过250℃∼300℃，这在过锡炉时前必须事先了解。
MCPCB比FR4PCB散热效果佳，散热块与金属核心板间的传导是瓶颈，但还是比FR4PCB好很多，现有MCPCB已可达到3W/m.K,而FR4仅0.3W/m.K。
FR-4
FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，多数都是以所谓的四功能（Tera-Function）的环氧树脂加上填充剂（Filler）以及玻璃纤维所做出的复合材料。
FR-4环氧玻璃布层压板，根据使用的用途不同，行业一般称为：
FR-4EpoxyGlassCloth,绝缘板，环氧板，环氧树脂板，阻燃绝缘板，环氧板，FR-4玻纤板……
主要技术特点及应用：
电绝缘性能稳定，平整度好，表面光滑，无凹坑，厚度公差标准等.
CM-1/3覆铜板
CAM1:
半玻含玻璃纖維40%
CAM3:
半玻含玻璃纖維60%
柔性PCB
柔性PCB通常根据导体的层数和结构进行如下分类：
1.1单面软性PCB只有一层导体，表面可以有覆盖层或没有覆盖层。
所用的绝缘基底材料，随产品的应用的不同而不同。
一般常用的绝缘材料有聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、软性环氧-玻璃布等。
1.2双面柔性PCB有两层导体。
这类双面柔性PCB的应用和优点与单面柔性PCB相同，其主要优点是增加了单位面积的布线密度。
它可按有、无金属化孔和有、无覆盖层分为：
a无金属化孔、无覆盖层的；b无金属化孔、有覆盖层的；c有金属化孔、无覆盖层的；d有金属化孔、有覆盖层的。
1.3多层柔性PCB。
应用柔性PCB的一个显著优点是它能更方便地在三维空间走线和装连，也可卷曲或折叠起来使用。
只要在容许的曲率半径范围内卷曲，可经受几千至几万次使用而不至损坏。
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LED基础知识篇
LED静电
静电危害与产生
（1）
ESD（ElectrostaticDischarge，ESD）：
静电放电。
静电对LED造成的危害：
1.静电对LED芯片造成损伤，瞬间的电场或电流产生的热，使LED芯片的PN结失效，使LED灯珠局部受伤，表现为漏电流迅速增加，仍能工作，但亮度降低（白光可能变色），寿命受损。
2.因电场或电流破坏LED灯珠的绝缘层，使器件无法工作（完全破坏），表现为死灯。
静电破坏前静电破坏后
人体静电对LED的损害是很大的，工作时应穿防静电服装，配带静电环，静电环应接地良好，如秋冬季黑夜我们脱衣服就很容易看见衣服之间的放电现象，这种静电放电的电压就有三千伏。
碳化硅衬底芯片的ESD值有1100伏，蓝宝石衬底芯片的ESD值为500—600伏。
一个好的芯片或LED，如果我们用手去拿（身体未作任何防护措施），芯片或LED将受到不同程度的损害，这就是静电惹的祸。
如上图所示。
静电产生原因：
当两个不同的物体相互接触时就会使得其中一个物体失去一些电荷带正电，而另一个物体得到一些剩余电子而带负电.若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累,使物体带上静电.
1、接触分离带电
不同物质接触分离都会产生静电分离带电
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LED基础知识篇
LED静电
静电危害与产生
（2）
2、摩擦带电
3、剥离带电
物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷
同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静
电
4、
断裂
5、传导带电
6、感应带电
7、工作场地，如工作台，椅子，地板等。
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LED基础知识篇
LED静电
静电危害与产生（3）
产生静电的主要因素
环境相对湿度
10-25%RH
40-60%RH
65-90%RH
在地毯上走路
35,000V
3,000V
1,500V
穿ESD安全的鞋在ESD地板上（不使用腕带）
200V
20V
5V
穿ESD安全的鞋在ESD地板上使用腕带
15V
2V
0V
摩擦绝缘材料
3000V
1000V
300V
所以决定静电产生多少的因素主要有：
1物质的材料：
导电材料和静电消耗材料产生少量静电，绝缘材料产生大量静电。
2环境相对湿度：
相对湿度大（空气潮湿）静电产生就少
3摩擦的频率：
频率越高，产生静电越多
4接触面积：
接触面积越大，产生静电越多
静电损伤
静电损伤的二种失效模式
1.硬损伤：
又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”，约占10%；表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。
主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。
2.软损伤：
又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”，约占90%；受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了。
含有这些器件的产品或系统，可靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）继续遭受ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。
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LED基础知识篇
LED静电
静电的防护
（1）
静电的防护
ESD控制=Man（人）+Machine（机）+Material（料）+Method（法）+Environment（环）
Man（人）
手腕带接地----将人体通过手腕带接地
ESD鞋;ESD椅子----通过ESD的鞋/椅子与ESD地面导通
防静电服;ESD手套
Machine（机）
机器及设备直接进行硬接地
工作台直接进行硬接地；
工作台表面：
使用ESD台垫和搭扣线进行软接地
金属物体：
直接进行硬接地
接地基本原理：
将静电通过接地线或接地装置传导泄放到大地。
硬接地–指使用接地线对导体材料进行接地，对地电阻应小于1欧姆。
软接地–指使用高阻抗物体进行的接地，对地电阻应小于1X10^9欧姆。
工作台表面接地：
分为两次，上面为静电耗散层，
下面是导电层；接地的插钳应该从上面插入，
然后使金属片与下面的导电面良好接触；接地采
用软接地：
对地电阻串联了一个１００M的电阻。
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