LED基本知识收集.docx

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LED基本知识收集

mcd

“mcd”是光通量的空间密度，即单位立体角的光通量，叫发光强度，是衡量光源发光强弱的量，其中文名称为“坎德拉”，符号就是“cd”。

　　前面那个“m”是词头，是千分之一的意思（就像长度单位，中文名称为“米”，其符号为“m”，前面再加一个“m”成为“mm”，就变成千分之一米，也就是毫米了），所以“mcd”的中文读法为“毫坎德拉”。

　　mcd是用於LED晶粒亮度的单位，mcd为microcd的缩写，也就是微烛光，其中烛光（candela；cd）为光学常用单位，烛光的定义就是使用频率为5.4X10^14的光，光学将mcd代表光源本身单位面积内的发光强度。

　　另一种常使用的光学单位为流明（lm），流明代表照度单位，也就是光源照到某物体时，该物体所测到的照明效果，由於LED中上游业者的产品尚未经过封装程序，因此无法测得照度，故均使用mcd做为LED晶粒的亮度单位。

　　LED晶粒分为二大类，以AlGaInP四种元素为发光层材料，在砷化镓基板上进行磊晶制程，称为4元LED，以及使用GaN为材料所生产的蓝、绿光LED，称为氮化物LED。

目前晶电为台世界第1大的4元LED、世界前3大的LED晶粒业者，最高发光亮度达到1700mcd，由於应用在NB背光的亮度规格必须达到1800mcd以上，晶电在2008年将有机会提供NB背光的LED晶粒。

白光LED的色溫

最低2500K-11000K不等,色溫越低越偏黃，越高越偏藍

工艺要求

（1）    焊接之前首先确认烙铁温度不可超过300摄氏度焊接时间不可超过3.5S。

（烙铁温度每天点检一次）

（2）    焊接之后绝不允许有假焊虚焊冷焊等现象。

（3）    必须确保保证烙铁良好的接地。

（每天需点检一次）

（4）    锡炉温度不可超过260摄氏度，净锡时间不可超过5S。

（5）    贴贴片元器件时一定要贴在特定要求范围内，贴的时侯不允许辅助工具碰到锡膏。

（6）    弯灯脚必须保持离胶体2MM范围之外才可折弯。

（7）    透镜大小功率LED绝不允许用金属物体接触。

（8）    大功率灯类涂抹散热膏一定要注意用量（根据我厂不同灯类以及要求来确定）。

（9）    插件元器不可有浮高现象。

（10）    不管完成任何工作必须自主检查之后再流下一工序。

（11）    直接接触到LEDICMOS管必须佩戴有线静电手环。

（每天做好点检记录）

（12）    盛装LEDICMOS管必须要防静电。

（13）    尽量减少摩擦以及搬运动作。

（14）    包装必须采用防静电材料。

（15）    工作台面绝不允许有锡渣的存在。

（16）    工作台面的静电皮必须接地。

LED應用常見要素1、LED引腳成形方法1必需離膠體2毫米才能折彎支架。

2支架成形必須用夾具或由專業人員來完成。

3支架成形必須在焊接前完成。

4支架成形需保證引腳和間距與線路板上一致。

2、LED彎腳及切腳時注意因設計需要彎腳及切腳，在對LED進行彎腳及切腳時，彎腳及切腳的位置距膠體底面大於3mm。

彎腳應在焊接前進行。

使用LED插燈時，PCB板孔間距與LED腳間距要相對應。

切腳時由於切腳機振動磨擦產生很高電壓的靜電，故機器要可靠的接地，做好防靜電工作（可吹離子風扇消除靜電）。

3、關於LED清洗當用化學品清洗膠體時必須特別小心，因為有些化學品對膠體表面有損傷並引起褪色如三氯乙烯、丙酮等。

可用乙醇擦拭、浸漬，時間在常溫下不超過3分鐘。

4、關於LED過流保護過流保護能是給LED串聯保護電阻使其工作穩定電阻值計算公式為：

R=（VCC-VF）/IFVCC為電源電壓，VF為LED驅動電壓，IF為順向電流5、LED焊接條件1烙鐵焊接：

烙鐵（最高30W）尖端溫度不超過300℃，焊接時間不超過3秒，焊接位置至少離膠體2毫米。

2波峰焊：

浸焊最高溫度260℃，浸焊時間不超過5秒，浸焊位置至少離膠體2毫米

描述光的常用物理量有4个，它们是：

1、发光强度，为一光源在给定方向上的发光强度，单位candela，即坎德拉，简称坎、cd。

有人仍然用烛光来表示发光强度，那太老了，要知道1940年（又一说1948年）已经采用新烛光了，只不过“烛”＝candle罢了。

1968年以后烛光被废除。

2、光通量，光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量，单位流明，lm

3、光照度，1lm（流明）的光通量均匀分布在1m2表面上所产生的光照度，单位勒克斯，lx

4、亮度，单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，单位尼特，nt

衡量手电筒和LED一般用发光强度，但早期的LED“亮度”低，因此都用毫cd来衡量，即mcd，后来出来了上千、上万mcd的，单位也不改了，因此10000mcd＝10cd。

同样管芯的LED，5mm的mcd值就没有10mm的mcd值大（我这里避免使用亮度一词，因为意义太容易模糊了），原因是10mm的聚焦好、光点小。

实际它们发出的光通量显然是一样的。

衡量发光效率的一个指标，就是每瓦的电功率可以发出多少流明的光通量，理论极限是683流明（而且需要是0.54微米波长的黄绿色光）。

白炽灯是每瓦10流明左右，好的白色LED应该可以达到200流明以上。

白色的LED，本来就是篮色的LED，在管芯周围加上了荧光粉。

因此，看看白色LED的发射谱线，有两个峰值。

弄不好偏篮是很自然的。

发光强度的业余测量：

找一个照度表（即lx表），探头放在地上向上，在暗处把手电或LED距离1m向其照射，得到的lx最大读数就是cd值，乘上1000就是mcd值。

LED的工作以工作电流衡量,使用中应控制电流为主,而不是以控制电压为主,一般5MM的LED额定工作电流在20-35MA

LED亮度小常识流明是光通量的单位。

而mcd是单位立体角的光通量单位，即为发光强度，1000mcd的亮度近似于烛光。

大功率LED是用光通量来标注的。

小颗LED用最大发光强度来标注，其是指中心点的发光强度，随着角度增加，发光强度呈非线性递减，较难换算。

选用LED是不宜单纯以mcd来评估其性能的。

因为发光角度小的，其中心点发光强度较大，反之较小。

因此标注值较小的并不一定代表其光通量小。

此外，LED的个体差异很大，即使同一批产品中发光强度都有较大差异，所以厂家所标注的是理论上可以达到的最大发光强度。

下面是几个光学方面的概念

亮度（L）

单位：

nit（尼特），1nit=1坎德拉/平方米[cd/m2]  亮度指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度,是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。

光强（I）

单位：

坎德拉[cd]（cdcandela烛光1cd=1000mcd毫烛光）  一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。

可见光在某一特定方向角内所发射的强度就叫做光强。

光通量（Φ）

单位：

流明[LM]  表示单位时间辐射光能量的多少，光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量。

照度（E）

单位：

勒克司[Lx]  照度是光通量与被照射面积之间的比例系数。

1Lx即指1Lm的光通量平均分布在面积1M²平面上的明亮度（1Lm/M²）。

亮度是指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度，它的单位是nit（尼特），1nit=1坎特拉/平方米，流明（LM）是光通量的单位，它表示单位时间辐射光能量的多少，那么为什么本来两个不同的概念，不同的单位混在一起用，用流明来表示亮度呢？

这是有一定原因的。

通俗地讲，亮度就是人眼对可见光感受的程度，物体发光可分为两类，一类是本身可以发光，如各种灯泡，各种光源，另一类是本身不发光而靠反射光的物体，对于后一类物体，它的亮度一般用光通量的大小“流明”来表示，这是因为它的亮度不完全决定于灯泡功率的大小，而还与光路的设计，各种镜片、反射板的透光率折射率有关，人们总是通过光的反射画面来感受亮度。

用流明表示的亮度“ANSI流明”，是美国国家标准局制定的一种测量方法，它是用通过测量光的反射画面的平均照度乘以面积从而计算出流明数，流明数大表示光通量大，进而表示输出能量大，亮度高，反之亦然，这种表示方法，人们更容易理解。

ANSI流明测定环境如下：

1）投影机与幕之间距离：

2.4米。

2）幕为60英寸。

3）用测光笔测量屏幕“田”字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，得到投影画面的9个点的亮度。

4）求出9个点亮度的平均值，就是ANSI流明。

另外还有一个常见的概念：

色温

当光源发光的颜色与黑体加热到某一个温度所发出去的颜色相同时，称为光源的颜色温度，简称色温

LED辞典

SMDLED　surface-mountdeviceLED。

表面粘着型LED。

表面粘着型LED的出现是在1980年初，是因应更小型封装和工厂自动化而生。

初期厂商裹足不前，主要因素是表面粘着LED最早面临的问题是无法完成高温红外线下焊锡回流的步骤。

LED的比热较IC低，温度升高时不仅会造成亮度下降，且超过摄氏100度时将加速组件的劣化。

LED封装时使用的树脂会吸收水分，这些水分子急速汽化时，会使原封装树脂产生裂缝，影响产品效益。

在1990年初，HP和SiemensComponentGroup合作开发长分子键聚合物，作为表面粘着型LED配合取放机器的设计，表面粘着型LED到此才算正式登场。

LED　LightEmittingDiode。

发光二极管。

LED为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用III-V族化学元素（如：

磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。

LED最大的特点在于：

无须暖灯时间（idlingtime）、反应速度很快（约在10^-9秒）、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，如汽车、通讯产业、计算机、交通号志、显示器等。

LED又可以分成上、中、下游。

从上游到下游，产品在外观上差距相当大。

上游是由磊芯片形成，这种磊芯片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形，厚度相当薄，就像是一个平面金属一样。

LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占LED制造成本70%左右，对LED产业极为重要。

上游磊晶制程顺序为：

单芯片（III-V族基板）、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。

中游厂商就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。

依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。

这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样，通常用特殊胶带固定之后，再送到下游厂商作封装处理。

中游晶粒制程顺序为：

磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。

而，下游封装顺序为：

晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。

国内主要的LED生产厂商有：

鼎元、光磊、国联、亿光等企业。

红外线发光二极管　红外线LightEmittingDiode。

主要以GaAs系列材料发展为主，通常以LPE液相磊晶法的方法制作，发光波长从850~940不等。

GaP　磷化镓。

磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。

GaP是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为LED主要使用材料之一。

GaN　氮化镓。

氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。

GaN使MOVPE制作技术，可制作高亮度纯蓝光LED及纯绿光LED，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。

MOVPE虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作GaN蓝光LED其中仍须相当的专业知识、经验和技巧

AlInGaP　磷化铝铟镓。

AlInGaP此材料是近年来用在高亮度LED之制造上较新的材料，使用MOVPE磊晶法制程。

目前世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国HP、日本Toshiba、台湾国联光电。

AlGaAs　砷化铝镓。

为GaAs和AlAs的混晶。

AlGaAs适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以LPE磊晶法量产，但因需制作AlGaAs基板，技术难度高。

反向粘着型薄芯片LED　reversemountingtype薄芯片LED。

此种芯片可粘着在穿式印刷电路板上，减少LED所占的厚度。

主要可用作可携式电话按键之背光源。

侧面发光直角LED　

此种LED芯片是从最上层面发光，但可将发光面旋转一个面焊接。

侧面发光直角LED有超小型和高亮度两种，超小型是用于LCD背光源、呼叫器、行动电话；高亮度型是用作汽、机车第三剎车灯和户外显示器。

直角表面粘着型LED灯泡　SIDELED。

直角表面粘着型LED灯泡不需额外的光学件或反射器，焊接后光线的行径路线可与各电路板平行，使工程人员在设计时有较大的弹性，因而可在设计的后段再加上此产品，而不需事先考虑。

产品可应用在自动安全断电开关、背光源和光导管等，用作电话和数据处理系统的指示灯。

可见光LED　可见光LightEmittingDiode。

LED（发光二极管）的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。

可见光LED产品主要包括传统LED、高亮度AlGaInP（磷化铝镓铟）红、黄、橘光LED及InGaN（氮化铟镓）蓝、绿光LED、以及白光LED。

其产品以显示用途为主，又以亮度一烛光（1cd）作为一般LED和高亮度LED之分界点。

一般LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED后者则适合于户外显示，如汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。

不可见光LED　不可见光LightEmittingDiode。

LED（发光二极管）的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。

不可见光LED，波长850至1550奈米，其短波长红外光可作为红外线无线通讯使用，如红外线LED应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等；长波长红外光，则应用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。

GaNLED　氮化镓发光二极管。

GaNLED是属于直接能隙之半导体材料，其能隙为3.4ev，而AlN为6.3ev，InN为2.0ev，将这几种材料做成混晶时，可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev，因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。

目前最成功的GaN组件有高亮度蓝光及绿光LED，因GaN高亮度蓝光、绿光LED的开发成功，使得户外全彩LED显示器及LED交通号志得以实现，各种LED的应用也更加广泛。

以高亮度蓝光LED激发萤光物质（phospher）可以产生白光，其低耗电及高寿命的特性，未来有可能取代一般照明用的白炽灯泡，GaNLED的市场潜力十分雄厚。

OLED　OELD。

OrganicElectro-LuminescenceDisplay。

有机电激发光。

透过电流驱动有机薄膜来发光，其发光可为单独的之红色、蓝色、绿色，甚至是全彩。

由于OLED所使用的有机化合物材料会自行发光，因此不像LCD面板后方须要加上背光源，可以大幅降低耗电、简化制程、使面板厚度变薄。

OLED的特点为具有自发光、广视角、响应速度快、低耗电量、对比强、亮度高、厚度薄、可全彩化，及动画显示等，被认为是极具潜力的平面显示技术。

国内目前有铼宝、光磊、东元激光、翰立光电等厂商投入。

室内用LED显示看板　

LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块Cluster，再由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不同的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。

室内用的LED显示看板，因观看的距离近，所以要求的分辨率较高，一般是使用点矩阵式模块，因室内的环境较稳定，所以比较不需要做防水防护装置及散热等措施，施工方面比较容易。

户外用LED显示看板　

LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块Cluster，由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。

户外LED看板，观看距离较远，分辨率要求相对的较低，但对亮度、可见度及耐候性的要求都比较高，所以在户外的施工上比较需要考虑散热和防水等问题。

大型LED显示屏　

大型LED显示屏需要组合不同的元组件与技术，一家厂商很难完全自产自足，因此外围产业的分工十分重要。

大型LED显示屏需要的元组件包括：

DriverIC、LEDCluster、PowerSupply、Cable及机械框架等；技术方面的需求包括：

防静电设计、电力配电规划、驱动线路设计、驱动软件设计、机械结构设计（散热、视角、支撑、遮阳、防潮等考量）以及亮度、色度的测试技术等。

UVLED紫外线二极管

UVLED（紫外线发光二极管）照明不仅可净化空气、节约能源，并可望取代现有的萤光灯与白热灯等照明装置，加上过去仅及405nm的波长带最近扩大到200nm，预期应用范围将大幅扩大到杀菌、废水处理、除臭、医疗、皮肤病治疗、辨识伪钞与环境Sensor等领域。

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,I）光源在某一方向立体角内之光通量大小。

单位：

坎德拉（candela,cd）照度（Illuminance,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。

辉度（Luminance,L）单位：

坎德拉每平方米（cd/㎡）一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

发光二极管（LightEmittingDiode,简称LED）?

是一种藉外加电压激发电子而放射出光（电能→光）的光电半导体组件。

发光现象属半导体中的直接发光（没有第三质点的介入）。

整个发光现象可分为三个过程（直接发光）：

价电带的电子受外来的能量（顺向偏压），被激发至导电带，并同时于价电带遗留一个电洞，形成电子-电洞对。

受激发的电子于导电带中，与其它质点碰撞（散射），损失部份能量，而接近导电带边缘。

一旦导电带边缘的电子于价电带觅得电洞时，电子即从导电带边缘，经由陷阱中心（释放热能）或发光中心（释放光能），回到价电带与电洞复合，电子-电洞对消失。

因为LED主要是电子经由发光中心与电洞复合而发光，所以是一种微细的固态光源，不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求，成为日常生活中十分普遍的产品。

利用各种化合物半导体材料及组件结构之变化，设计出不同的LED。

依其发光波长分为可见光、不可见光（红外光、紫外光）。

可见光：

有红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色，主要以显示用途为主。

又以亮度1烛光（cd）作为一般亮度和高亮度之分界点。

一般亮度LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED则适合于户外显示，如：

汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。

不可见光：

短波长红外光可作为红外线无线通讯使用；长波长红外光则使用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。

使用的材料基本上已大致决定LED所释出的波长，其中，适合制作1000mcd以上之高亮度LED的材料，由长波长而短波长，分别为AlGaAs（砷化铝镓）、AlGaInP（磷化铝铟镓）及GaInN（氮化铟镓）等。

AlGaAs（砷化铝镓）适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以液相磊晶（LPE）法进行量产，使用双异质接面构造（DH）为主，但因为须制作AlGaAs基板，技术的困难度很高，故投资开发的厂商较少。

AlGaInP（磷化铝铟镓）适合于高亮度红、橘、黄及黄绿光LED，主要以金属有机气相磊晶（MOVPE）法进行量产，使用双异质接面（DH）及量子井（QW）构造，效率更为提高。

且由于AlGaInP红光LED在高温与高湿环境下，其寿命试验结果优于AlGaAs红光LED，未来有成为红光LED主流的趋势。

GaInN（氮化铟镓）适合于高亮度深绿、蓝、紫及紫外光LED，以高温的金属有机气相磊晶（MOVPE）法进行量产，也采用双异质接面（DH）及量子井（QW）构造，效率比前述的AlGaAs、AlGaInP更高。

全球各大厂均已积极投入相关材料组件技术之研发，并有所突破。

白光LED，乃是日本日亚公司利用蓝光LED加上黄色萤光材料构成的，其光电转换效率于1998年4月已提升至15流明/瓦，比传统灯泡略高，若以常见照明灯具之开发历程来看，白光LED极有机会成为未来于照明产业之明星产品。

LED设计之初，主要是利用于家用电器品显示器，广告看板或装饰用。

但由于其具有固定波长及操作方便等特点，已逐渐利用于植物生产研究上。

1987年开始有学者利用LED固定波长特性，应用在植物向地性，型态改变及病害发生上的研究。

日本千叶大学古在（Kozai）教授研究室将其应用在组织瓶苗的生产研究上。

预计未来在光研究上将有极大应用价值。

当然，目前LED亮度和价格仍未达实用化阶段，不过，由于极具市场潜力，各方面研究正急速的展开，LED势必成为提供植物生长的新兴光源。

外延片生长外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和SiC两种）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。

目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。

MOCVD金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD），1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。

该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。