LED的基本常识.docx

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LED的基本常识

LED的基本常识

1.术语和定义

2．1发光二极管LightEmittingDiode

简称LED，指当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管。

发光二极管依据所发射的光线辐射不同，可以分为可见发光二极管、红外发光二极管、紫外发光二极管三种，本标准所指的发光二极管专指第一种（可见发光二极管）。

LED具有高亮度、视觉远大、图像清晰、色彩鲜艳、稳定性好、功耗低、光效高、寿命长等优点。

2．2光轴Opticalaxis

最大发光（或辐射）强度方向中心线。

2．3正向电压VFForwardvoltage

通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。

2．4反向电流IRReversecurrent

加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。

2．5反向电压VRReversevoltage

被测发光二极管通过的反向电流为确定值时，在两极间所产生的电压降。

2．6光通量ΦVLuminousflux

通过发光二极管的正向电流为规定值时，元件光学窗口每秒钟所发出的光量的总和。

单位：

流明（Lm）。

表示发光体发光的多少，发光愈多流明数愈大。

2．7光强I

又称亮度，指发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。

单位：

坎德拉（cd）。

2．8照度E

发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。

单位：

勒克斯（Lux）。

计算公式为：

照度E=流明Lm/面积m2

2．9平均寿命

指一批灯至50%的数量损坏时的小时数。

单位：

小时（H）。

2．10经济寿命

在同时考虑炮泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。

室外的光源为70%，室内内的光源为80%。

2．11色温

光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。

光源色温不同，光色也不同，色温在3000K以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在5000K以上有冷的感觉。

单位：

K。

2．12显色性

光源的显色性由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色与基准光（太阳能）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。

要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。

单位：

Ra。

2．13半强度角θ1/2Half-intensityangle

又称发光角度，在发光（或辐射）强度分布图形中，最大发光（或辐射）强度大于最大强度一半构成的角度见图1。

图1辐射图和有关特性

2．14色品坐标

在色度学中我们通常使用三原色各自在R+G+B总量中的相对比例来表示颜色，这个比例叫做色品坐标。

2．15光效率

发光效率，简称光效。

它是电光源发出的光通量和它用电功率之比，单位是流明/瓦（lm/W），是评价电光源用电效率最主要的技术参数。

光通量是指单位时间内光辐射量的大小，用流明来表示。

光源单位用电功率发出的光通量越大、则电能转换光能的效率越高，即光效越高。

2．16光谱分布和峰值波长：

某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图8所示。

由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。

3LED的结构及发光原理

3．1结构

于一个有引线（称为金线）的支架上，置放一块电致发光的半导体材料（称为晶片/芯片），然后四周用环氧树脂（或其它合适材料）进行封装，以起到保护内部芯线的作用。

3．2发光原理

LED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p-n结中注入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。

p-n结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

当LED两端加上正向电压时，电流从LED阳极流向阴极，半导体晶体就会发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

3．3原材料

依据LED产品组成及目前行业的通俗称法，LED产品所使用的原材料主要分为五类：

3．3．1晶片（或称为芯片）

3．3．2支架

3．3．3银胶

3．3．4金线

3．3．5环氧树脂

4分类

LED产品分为四类：

立式支架发光二极管（又称：

LAMPLED）、水平贴片式支架或PCB发光二极管（又称：

TOPLED）、大功率发光二极管（或称：

HighLED）、食人鱼发光二极管（或称：

FourPinsLED）四种。

5外观

LED一般使用环氧树脂（或其它合适材料）进行封装，表面美观，呈透明状，目视时能够看到产品内部的元部件。

封装后产品表面应无气泡、杂质、裂胶、胶体破损、缺脚或脚压伤等情况；支架应经过电镀处理，表面光亮，不应有发黄、发黑、起泡、氧化等现象；胶体不能有刮伤、受损等。

产品的总体外形结构应符合人们的审美观，表面光滑，使人能产生舒适感觉。

6性能要求

6．1总则

LED产品应符合规定的性能要求，以满足其预期使用的需要。

LED的性能要求主要体现于产品的光电特性中。

这些光电特性值应通过特定的设备或仪器，或计算等方法进行测量，以验证其与预先规定值的符合性。

6．2光电特性

LED产品因其使用环境、用途不一样，其光电特性值也会有所不同。

在实际生产过程中，产品有关的光电特性值会由顾客给出或由其特定的预期用途推理得出。

表1给出了LED产品的光电特性项目。

特性

符号

单位

要求

备注

正向电压

VF

V

1.8V～3.0V（红黄光）

3.0V～4.0V（蓝绿白光）

电流：

20mA

反向电压

Vr

V

>5V

反向电流：

10μA

反向电流

IR

mA

<100μA

反向电压：

5V

光强

Iv

mcd

依顾客要求

光通量

ΦV

Lm

依顾客要求

光束半强度角

θ1/2

°

0～180°

色温

T

K

依顾客要求

色（品）坐标

（X，Y）

依顾客要求。

显色指数

Ra

>65

波长

Wd

nm

依顾客要求

6．3使用寿命

正常使用情况下，LED产品的使用寿命应达到10万小时。

注1：

产品的使用寿命是指产品的物理寿命：

产品自开始使用时至不发光时止。

为了更有效地体现产品的使用价值，有时产品的使用寿命也可用光衰度表示。

注2：

如采用对产品进行寿命试验的方法来证明产品是否符合规定的要求，是不现实的。

组织可采用推算的方式或在恶劣的使用环境下试验得出。

7环境要求

鉴于LED产品对于环境要求的特殊性，确保LED产品质量，使其能达到规定的要求，用于LED生产的场应符合以下规定的要求。

7．1环境温湿度

产品生产过程中，周围环境应符合以下要求：

温度：

45±15℃

湿度：

20%～80%

7．2基础设施

7．2．1无尘车间：

LED的生产车间应是无尘车间，与外界隔离。

要求分别设置出、入口（入口应装置风淋室），并且进入车间的人员都应作静电防护措施（如进入车间时穿戴静电衣帽、风淋离子等）。

7．2．2为确保生产场地能够满足环境温湿度的需要，组织应在现场提供适当的温、湿度监视及调节设施；

7．2．3为满足产品生产、质量的要求，组织应提供适当的生产与检测设施。

7．3试验条件

除非顾客或相关方另有规定，一般情况下，LED产品的光电参数测试应按本标准规定的试验条件进行。

7．3．1标准大气条件

温度：

15℃—35℃；

相对湿度：

20%—80%；

气压：

86kPa—106kPa；

7．3．2仲裁试验的标准大气条件

温度：

25℃±1℃；

相对湿度：

48%—52%；

气压：

86kPa—106kPa；

7．3．3其它要求

a）测试环境应无影响测试准确度的机械振动和电磁干扰；

b）除非另有规定，LED产品的光电参数应在热平衡状态下进行；

c）应确保测试设备接地良好。

7．4工作环境要求

a）温度：

-40℃～100℃

b）湿度：

20%～80%

7．5储存环境要求

a）温度：

-40℃～100℃

b）湿度：

20%～80%

8产品工艺标准

8．1总则

依据LED产品实现过程，划分为四大制程工艺：

a）固晶工艺

b）焊线工艺

c）灌胶工艺

d）测试工艺

以上工艺过程构成了LED产品生产的完整过程。

在每一道基础工序内，还会包括一些较小的工序，在以下的条文中会详细介绍。

LED产品生产作业过程中，应注意静电的防护。

8．2静电防护

产品实现过程过程中，组织应确保做好产品的防护工作。

应包括：

a）要求所有接触产品的人员必须戴静电手环，并进行监测；

b）所有设备必须有接地装置；

c）确保周围环境能够满足生产的需要（见7.1、7.2）；

d）对产品的搬运方法做出规定及执行。

7．2固晶工艺

7．2．1工序分解

a）银胶解冻：

将已分装好的小瓶银胶从冰箱里取出，置于干燥通风处解冻，至瓶子表面没有水珠后，按一定方向、一定速度搅拌约15分钟后即可使用；

b）排支架：

将支架按一定方向（阴阳极一致）排好，以便于点胶、固晶作业；

c）点胶：

将银胶点在支架的阳极或阴极之固晶位的中心位上。

胶量应位于晶片高度1/4至1/3处；

d）固晶：

将晶片固定在已点好银胶的支架上，不能偏离中心位置1/3；

e）固晶烘烤：

将固晶后的半成品送至烤箱内进行烘烤。

如无特殊规定，烘烤时间约1.5小时，温度约为150°C。

注：

烘烤过程中不能开烤箱。

7．3焊线工艺

7．3．1操作人员应根据不同产品而选择不同的焊接温度，一般：

双电极的材料为190±5℃，单电极的材料为220℃－280℃；

7．3．2焊球的大小应约为线径的3倍；

7．4封胶工艺

7．4．1模条预热：

吹尘后置入125℃/40分钟的烘箱内进行预热；

7．4．2配胶：

将交配好的胶搅拌均匀后置入60℃/15分钟的真空烘箱内进行脱泡。

如无特殊规定，一般按A胶、B胶配比1：

1进行；

7．4．3点胶：

将配好的A、B胶点入支架碗杯内（注满为准）；

7．4．4灌胶：

将模条按一定方向置于铝船中，并于模粒中注满胶水；

7．4．5插支架：

将支架按一定方向插入模条中，应注意不能插反；

7．4．6初烤：

将已插入支架的模条放入烤箱内进行初次烘烤。

烘烤之前，应对模条进行吹尘处理。

初烤时间：

φ3、φ5的产品初烤温度为125℃/60分钟；φ8－φ10的产品初烤温度为110℃/30分钟+125℃/30分钟；

7．4．7长烤：

将模条取出，将LED产品再次放入烤箱内进行长烤125℃/6-8小时。

7．5测试工艺

7．5．1前切：

将支架相邻脚的连接部分剪去；

7．5．2测试：

测试所有产品是否发光；

7．5．3后切：

将支架所有相连接的部分剪去，形成单件成品；

7．5．4分光（必要时）：

如顾客要求，依据产品的光电参数进行分光。

8测试方法

三极管的参数解释

△λ---光谱半宽度

△VF---正向压降差

△Vz---稳压范围电压增量

av---电压温度系数

a---温度系数

BVcer---基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压

BVcbo---发射极开路，集电极与基极间击穿电压

BVceo---基极开路，CE结击穿电压

BVces---基极与发射极短路CE结击穿电压

BVebo---集电极开路EB结击穿电压

Cib---共基极输入电容

Cic---集电结势垒电容

Cieo---共发射极开路输入电容

Cies---共发射极短路输入电容

Cie---共发射极输入电容

Cjo/Cjn---结电容变化

Cjo---零偏压结电容

Cjv---偏压结电容

Cj---结（极间）电容，表示在二极管两端加规定偏压下，锗检波二极管的总电容

CL---负载电容（外电路参数）

Cn---中和电容（外电路参数）

Cob---共基极输出电容。

在基极电路中，集电极与基极间输出电容

Coeo---共发射极开路输出电容

Coe---共发射极输出电容

Co---零偏压电容

Co---输出电容

Cp---并联电容（外电路参数）

Cre---共发射极反馈电容

Cs---管壳电容或封装电容

CTC---电容温度系数

CTV---电压温度系数。

在测试电流下，稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比

Ct---总电容

Cvn---标称电容

di/dt---通态电流临界上升率

dv/dt---通态电压临界上升率

D---占空比

ESB---二次击穿能量

fmax---最高振荡频率。

当三极管功率增益等于1时的工作频率

fT---特征频率

f---频率

hRE---共发射极静态电压反馈系数

hFE---共发射极静态电流放大系数

hfe---共发射极小信号短路电压放大系数

hIE---共发射极静态输入阻抗

hie---共发射极小信号短路输入阻抗

hOE---共发射极静态输出电导

hoe---共发射极小信号开路输出导纳

hre---共发射极小信号开路电压反馈系数

IAGC---正向自动控制电流

IB2---单结晶体管中的基极调制电流

IBM---在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电流的最大平均值

IB---基极直流电流或交流电流的平均值

Icbo---基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反向截止电流

Iceo---发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流

Icer---基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射极之间的反向截止电流

Ices---发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流

Icex---发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射极之间的反向截止电流

ICMP---集电极最大允许脉冲电流

ICM---集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。

ICM---最大输出平均电流

Ic---集电极直流电流或交流电流的平均值

IDR---晶闸管断态平均重复电流

ID---暗电流

IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流

IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流

Iebo---基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反向截止电流

IEM---发射极峰值电流

IE---发射极直流电流或交流电流的平均值

IF（AV）---正向平均电流

IF（ov）---正向过载电流

IFM（IM）---正向峰值电流（正向最大电流）。

在额定功率下，允许通过二极管的最大正向脉冲电流。

发光二极管极限电流。

IFMP---正向脉冲电流

IFRM---正向重复峰值电流

IFSM---正向不重复峰值电流（浪涌电流）

IF---正向直流电流（正向测试电流）。

锗检波二极管在规定的正向电压VF下，通过极间的电流；硅整流管、硅堆在规定的使用条件下，在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流（平均值），硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流；测稳压二极管正向电参数时给定的电流

iF---正向总瞬时电流

IGD---晶闸管控制极不触发电流

IGFM---控制极正向峰值电流

IGT---晶闸管控制极触发电流

IH---恒定电流、维持电流。

Ii---发光二极管起辉电流

IL---光电流或稳流二极管极限电流

IOM---最大正向（整流）电流。

在规定条件下，能承受的正向最大瞬时电流；在电阻性负荷的正弦半波整流电路中允许连续通过锗检波二极管的最大工作电流

Iop---工作电流

Io---整流电流。

在特定线路中规定频率和规定电压条件下所通过的工作电流

IP---峰点电流

IR（AV）---反向平均电流

IR（In）---反向直流电流（反向漏电流）。

在测反向特性时，给定的反向电流；硅堆在正弦半波电阻性负载电路中，加反向电压规定值时，所通过的电流；硅开关二极管两端加反向工作电压VR时所通过的电流；稳压二极管在反向电压下，产生的漏电流；整流管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流。

IRM---反向峰值电流

Irp---反向恢复电流

IRRM---反向重复峰值电流

IRR---晶闸管反向重复平均电流

IRSM---反向不重复峰值电流（反向浪涌电流）

ir---反向恢复电流

iR---反向总瞬时电流

ISB---二次击穿电流

Is---稳流二极管稳定电流

IV---谷点电流

Izk---稳压管膝点电流

IZM---最大稳压电流。

在最大耗散功率下稳压二极管允许通过的电流

IZSM---稳压二极管浪涌电流

Iz---稳定电压电流（反向测试电流）。

测试反向电参数时，给定的反向电流

n---电容变化指数；电容比

PB---承受脉冲烧毁功率

PCM---集电极最大允许耗散功率

Pc---集电极耗散功率

PC---控制极平均功率或集电极耗散功率

Pd---耗散功率

PFT（AV）---正向导通平均耗散功率

PFTM---正向峰值耗散功率

PFT---正向导通总瞬时耗散功率

PGM---门极峰值功率

PG---门极平均功率

Pi---输入功率

Pi---输入功率

PK---最大开关功率

PMP---最大漏过脉冲功率

PMS---最大承受脉冲功率

PM---额定功率。

硅二极管结温不高于150度所能承受的最大功率

Pn---噪声功率

Pomax---最大输出功率

Posc---振荡功率

Po---输出功率

Po---输出功率

PR---反向浪涌功率

Psc---连续输出功率

PSM---不重复浪涌功率

Ptot---总耗散功率

Ptot---总耗散功率

PZM---最大耗散功率。

在给定使用条件下，稳压二极管允许承受的最大功率

Q---优值（品质因素）

rδ---衰减电阻

R（th）ja----结到环境的热阻

R（th）jc---结到壳的热阻

r（th）---瞬态电阻

rbb分钟Cc---基极-集电极时间常数，即基极扩展电阻与集电结电容量的乘积

rbb分钟---基区扩展电阻（基区本征电阻）

RBB---双基极晶体管的基极间电阻

RBE---外接基极-发射极间电阻（外电路参数）

RB---外接基极电阻（外电路参数）

Rc---外接集电极电阻（外电路参数）

RE---射频电阻

RE---外接发射极电阻（外电路参数）

RF（r）---正向微分电阻。

在正向导通时，电流随电压指数的增加，呈现明显的非线性特性。

在某一正向电压下，电压增加微小量△V，正向电流相应增加△I，则△V/△I称微分电阻

RG---信号源内阻

rie---发射极接地，交流输出短路时的输入电阻

RL---负载电阻

RL---负载电阻（外电路参数）

roe---发射极接地，在规定VCE、Ic或IE、频率条件下测定的交流输入短路时的输出电阻

Rs（rs）----串联电阻

Rth---热阻

Rth----热阻

Rz（ru）---动态电阻

Ta---环境温度

Ta---环境温度

Tc---管壳温度

Tc---壳温

td---延迟时间

td----延迟时间

tfr---正向恢复时间

tf---下降时间

tf---下降时间

tgt---门极控制极开通时间

tg---电路换向关断时间

Tjm---最大允许结温

Tjm---最高结温

Tj---结温

toff---关断时间

toff---关断时间

ton---开通时间

ton---开通时间

trr---反向恢复时间

tr---上升时间

tr---上升时间

tstg---温度补偿二极管的贮成温度

Tstg---贮存温度

ts---存储时间

ts---存贮时间

Ts---结温

Vn---噪声电压

Vv---谷点电压

V（BR）---击穿电压

VAGC---正向自动增益控制电压

VB2B1---基极间电压

VBB---基极（直流）电源电压（外电路参数）

VBE（sat）---发射极接地，规定Ic、IB条件下，基极-发射极饱和压降（前向压降）

VBE10---发射极与第一基极反向电压

VBE---基极发射极（直流）电压

VB---反向峰值击穿电压

VCBO---基极接地，发射极对地开路，集电极与基极之间在指定条件下的最高耐压

VCB---集电极-基极（直流）电压

Vcc---集电极（直流）电源电压（外电路参数）

VCE（sat）---发射极接地，规定Ic、IB条件下的集电极-发射极间饱和压降

VCEO---发射极接地，基极对地开路，集电极与发射极之间在指定条件下的最高耐压

VCER---发射极接地，基极与发射极间串接电阻R，集电极与发射极间在指定条件下的最高耐压

VCES---发射极接地，基极对地短路，集电极与发射极之间在指定条件下的最高耐压

VCEX---发射极接地，基极与发射极之间加规定的偏压，集电极与发射极之间在规定条件下的最高耐压

VCE---集电极-发射极（直流）电压

Vc---整流输入电压

VDRM---断态重复峰值电压

VEBO---基极接地，集电极对地开路，发射极与基极之间在指定条件下的最高耐压

VEB---饱和压降

VEE---发射极（直流）电源电压（外电路参数）

VF（AV）---正向平均电压

VFM---最大正向压降（正向峰值电压）

VF---正向压降（正向直流电压）

VGD---门极不触发电压

VGFM---门极正向峰值电压

VGRM---门极反向峰值电压

VGT---门极触发电压

Vk---膝点电压（稳流二极管）

VL---极限电压

Vn（p-p）---输入端等效噪声电压峰值

Vn---中心电压

VOM---最大输出平均电压

Vop---工作电压

Vo---交流输入电压

Vp---穿通电压。

Vp---峰点电压

VRM---反向峰值电压（最高测试电压）

VRRM---反向重复峰值电压（反向浪涌电压）

VRWM---反向工作峰值电压

VR---反向工作电压（反向直流电压）

VSB---二次击穿电压

Vs---通向电压（信号电压）或稳流管稳定电流电压

Vth---阀电压（门限电压）

Vz---稳定电压

δvz---稳压管电压漂移

η---单结晶体管分压比或效率

λp---发光峰值波长