LED工程培训知识Word格式.docx
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7.LUMILEDS流明司LumiledsLighting:
是全球大功率LED和固体照明的领导厂商,还提供各种LED晶片和LED封装,有红、绿、蓝、琥珀、白等LED。
总部在美国,工厂位于荷兰,日本,马来西亚,由安捷伦和飞利浦合资组建于1999年,2005年飞利浦完全收购了该公司。
8.首尔半导体:
乃韩国最大的LED环保照明技术生产商,并且是全球八大生产商之一,首尔半导体的主要业务乃生产全线LED组装及定制模组产品,包括采用交流电驱动的半导体光源产品如:
侧光LED、顶光LED、切片LED、插件LED及食人鱼(超强光)LED等。
台湾芯片厂商:
晶元光电(Epistar)ES、(联诠、元坤、连勇、国联);
广镓光电(Huga);
新世纪(GenesisPhotonics);
华上(ArimaOptoelectronics)AOC;
泰谷光电(Tekcore);
奇力;
钜新;
光宏;
晶发;
视创;
洲磊;
联胜(HPO);
汉光(HL);
光磊(ED);
鼎元(Tyntek)简称:
TK;
曜富洲技TC;
国通;
联鼎;
燦圆(FormosaEpitaxy);
全新光电(VPEC);
<
BR>
华兴(LedtechElectronics);
东贝(UnityOptoTechnology);
光鼎(ParaLightElectronics);
亿光(EverlightElectronics);
佰鸿(BrightLEDElectronics);
今台(Kingbright);
菱生精密(LingsenPrecisionIndustries;
立基(LigitekElectronics);
光宝(Lite-OnTechnology);
宏齐(HARVATEK)等。
大陆LED芯片厂商:
三安光电简称(S)、上海蓝光(Epilight)简称(E)、士兰明芯(SL)、大连路美简称(LM)、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地。
电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大,山东华光、上海蓝宝等。
晶片尺寸:
7*9nm8*8nm9*9nm10*10nm9*11nm11*13nm12*12nm13*13nm
14*17nm8*15nm10*16nm9*2610*20nm10*23nm20*20nm24*24nm
28*28nm20*40nm38*38nm40*40nm45*45:
22*44nm60*60nm
绿色、蓝色晶片焊垫圆点为正极,半圆为负极。
红色、橙色、黄色、(双电极、单电极都有反极性晶片)焊垫极性以机台电源测试正负极为准。
单电极晶片必需使用银浆固晶导电;
绝缘胶(单电极)不能起到导电作用。
荧光粉知识
一、LED荧光粉的种类;
1.YAG铝酸盐荧光粉
2.硅酸盐荧光粉
3.氮化物荧光粉
4.硫化物荧光粉
1.YAG铝酸盐荧光粉;
优点:
亮度高,发射峰宽,成本低,应用广泛,黄粉效果较好。
缺点:
激发波段窄,光谱中缺乏红光的成分,显色指数不高,很难超过85RA。
2.硅酸盐荧光粉;
激发波段宽,绿粉和橙粉较好。
发射峰窄,对湿度较敏感,缺乏好的红粉,不太耐高温,不适合做大功率LED,适合用在小功率LED。
3.氮化物荧光粉;
激发波段宽,温度稳定性好,非常稳定红粉、绿粉较好。
制造成本较高,发射峰较窄。
4.硫化物荧光粉;
激发波段宽红粉、绿粉较好。
湿度敏感,制造过程中会产生污染,对人有害有很强的臭味,会腐蚀支架。
二、常用的YAG成份荧光粉的相关知识
1.YAG合成工艺比较;
固相法缺陷:
合成温度高、反应时间长;
对原料品质要求高;
粉体团聚严重、样硬、需机械破碎、球磨等后处理;
形貌不规则、颗粒流动性差、无法进一步进行包膜等后处理工艺;
难以有效地控制粒径分布。
控制反应沉淀法:
合成温度低、反应时间短;
合成粉体疏松,无需机械破碎、球磨等后处理工艺;
形貌规则,颗粒呈球形,流动性和稳定性好;
颗粒粒径可控;
容易实现包膜等后处理工艺。
2.新型荧光粉的使用;
⑴.目前市场上主流白光LED皆由蓝光芯片激发黄色荧光粉制作而成,这种制作方法相对简单且成本低,因而得到普遍运用。
但是,这样制作出来的产品显色性并不高,那么,怎样才能做出高显的产品呢?
光谱全才能够达到高显,做出高显的产品。
三基色R,G,B三种光谱混色后可得到高显指,而目前用蓝光芯片激发黄色荧光粉只有两种光谱(蓝色和黄色),缺少红色光谱,因此导致显色性不够高。
⑵.黄色荧光粉的激发效率要高于红色荧光粉,在黄色荧光粉里面加入一些红色荧光粉可用来提高显指。
需要注意的是:
加入红色荧光粉后,蓝光芯片激发黄色荧光粉的效率就会相对降低一些,这是因为红光光谱太长,覆盖了其它光谱,所以加红粉提高显指的同时也降低了光通量。
⑶.随着美国能源之星的公布,技术要求越来越严格,业界竞争也是相对加大,很快正白光做到Ra80已经非常容易了。
但是暖白光要同时实现高亮高显还是颇具难度。
追求暖白光高亮高显,业界通常的做法都是用黄色荧光粉混合红色荧光粉去实现,但这样做出来的产品光通量相对较低。
⑷.台湾弘大贸易股份有限公司(日本根本特殊化学亚太地区总代理商)最新推出橙色荧光粉YLO-802B(峰值波长605nm)和YLO-804B(峰值波长615nm)。
这两款粉分别搭配460nm左右的蓝光芯片激发,做3000K左右暖白光都能实现Ra80且不降低光通量,而且稳定性、一致性也非常好,也可以与黄粉相互搭配做正白6000K高显80的显色指数光通量不降低的效果。
⑸.这两款粉是目前市场上硅酸盐成份的荧光粉没法比拟的。
硅酸盐成份的粉因本身不耐高温、湿热的特性,会经常出现色温漂移,这也是未来可能被淘汰的荧光粉,新的产品将取而代之。
随着辅料行业的不断发展,相信很快会有更给力的产品出现。
三、白光LED有三种衬底:
蓝宝石、硅、碳化硅蓝宝石衬底较为常见;
⑴.第一种是比较成熟且已商业化的蓝光芯片+黄色荧光粉来获得白光,这种白光成本最低,但是蓝光晶粒发光波长的偏移、强度的变化及荧光粉涂布厚度的改变均会影响白光的均匀度,而且光谱呈带状较窄,色彩不全,色温偏高,显色性偏低,灯光对眼睛不柔和不协调。
人眼经过进化最适应的是太阳光,白炽灯的连续光谱是最好的,色温为2500K,显色指数为100。
所以这种白光还需要改进,比如加多发光过程来改善光谱,使之连续且足够宽。
⑵.第二种是紫外光或紫光芯片+红、蓝、绿三基色荧光粉来获得白光,发光原理类似于日光灯,该方法显色性更好,而且UV-LED不参与白光的配色,所以UV-LED波长与强度的波动对于配出的白光而言不会特别地敏感,并可由各色荧光粉的选择和配比,调制出可接受色温及演色性的白光。
但同样存在所用荧光粉有效转化效率低,尤其是红色荧光粉的效率需要大幅度提高的问题。
这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大、配合荧光粉紫外光波长的选择、UV-LED制作的难度及抗UV封装材料的开发也是需要克服的困难。
⑶.第三种是利用三基色原理将RGB三种超高亮度LED混合成白光,该方法的优点是不需经过荧光粉的转换而直接配出白光,除了可避免荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外,更可以分开控制红、绿、蓝光LED的发光强度,达成全彩的变色效果(可变色温),并可由LED波长及强度的选择得到较佳的演色性。
但这种办法的问题是绿光的转换效率低,混光困难,驱动电路设计复杂。
另外,由于这三种光色都是热源,散热问题更是其它封装形式的3倍,增加了使用上的困难。
偏振LED和三波长全彩化的白光LED将是未来的发展方向。
四、晶片对白光LED光衰的影响
从目前实验的结果来看,晶片对光衰的影响分为两大类:
第一是晶片的材质不同导致衰减不同,目前常用的蓝光晶片衬底材质为碳化硅和蓝宝石,碳化硅一般结构设计为单电极,其导热效果比较好,蓝宝石一般设计为双电极,热量较难导出,导热效果较差;
第二是晶片的尺寸大小,在晶片材质相同时,尺寸大小不同衰减差距也不同。
五、固晶底胶对白光LED光衰的影;
在白光LED封装行业中通常用到的固晶胶有环氧树脂绝缘胶、硅树脂绝缘胶、银胶。
三者各有利弊,在选用时要综合考虑。
环氧树脂绝缘胶导热性差,但亮度高;
硅树脂绝缘胶导热效果比环氧树脂稍好,亮度高,但由于硅成分占一定比例,固晶片时旁边残留的硅树脂与荧光胶里的环氧树脂相结合时会产生隔层现象,经过冷热冲击后将产生剥离导致死灯;
银胶的导热性比前两者都好,可以延长LED芯片的寿命,但银胶对光的吸收比较大,导致亮度低。
对于双电极蓝光晶片在用银胶固晶时,对胶量的控制也很严格,否则容易产生短路,直接影响到产品的良品率。
六、荧光粉对白光LED光衰的影响
⑴.实现白光LED的途径有多种,目前使用最为普遍最成熟的一种是通过在蓝光晶片上涂抹一层黄色荧光粉,使蓝光和黄光混合成白光,所以荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大。
市场最主流的荧光粉是YAG钇铝石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉,与蓝光LED芯片相比荧光粉有加速老化白光LED的作用,而且不同厂商的荧光粉对光衰的影响程度也不相同,这与荧光粉的原材料成分关系密切。
选用最好材质的白光荧光粉,做出的白光LED在衰减控制方面有了很大的提高。
荧光胶水对白光LED光衰的影响
⑵.传统封装的白光LED,荧光胶一般采用环氧树脂或硅胶,经过光衰实验的结果得出,用硅胶配粉的白光LED寿命明显比环氧树脂的长。
原因之一是用以上两种方法封装成成品LED,硅胶比环氧树脂抗UV能力强且硅胶散热效果比环氧树脂好;
但在相同条件下,用硅胶配粉的初始亮度要比环氧树脂配粉的要低,最主要是由于硅胶的折射率(1.3-1.4)比环氧树脂(1.5以上)低,所以初始光效不及环氧树脂高。
七、支架对白光LED光衰的影响
LED支架主要有铜支架和铁支架。
铜支架导热、导电性能好,价格高。
而铁支架的导热、导电性能相对较差,更容易生锈,但价格便宜。
市场上的LED大部分使用铁支架。
不同材料的支架对LED的性能影响也不同,特别是对光衰的影响尤为突出。
这主要是由于铜的导热性能比铁的好很多,铜的导热系数398W(m.k),而铁的导热系数只有50W(m.k)左右,仅为前者的1/8,还有支架的电镀层厚度也密切相关。
在选用支架时,还要注意支架的碗杯大小是否与发光芯片以及模粒匹配,其匹配质量的优劣,直接影响白光LED的光学效果,否则容易造成光斑形状不对称、有黄圈,以及黑斑等,直接影响到产品的质量。
随着白光LED在照明上的应用,客户需求也不断提高,要做出高性能的白光LED产品,物料的挑选和搭配是否最佳直接影响着白光LED衰减和品质,因此,好的物料加上最佳的搭配,制造工艺的配合是做好白光的技术关键所在。
八、配粉之前先在CIE图上看看:
(1)寻找需要的荧光粉波长;
当我们需要某个色温段或者某个X、Y坐标点的时候,这时需要知道自己所用蓝光芯片的波长。
当知道我们使用的芯片波长(图中芯片波长460nm)并且知道要做的坐标点(x0.44y0.41),这时候在CIE图上将芯片波长点与所要达到的坐标点x、y两点连一条直线并延长到上端的CIE波长点,这个时候这个波长延长点就是我们需要的荧光粉的发光波长了(目标荧光粉波长~585nm)。
因此要达到这个色坐标就需要用到这个波长的荧光粉了。
2)当我们找到目标荧光粉的波长之后呢,就要寻找相应的荧光粉来做,但是只使用一种荧光粉的话显色较低,因此我们需要用两种以上荧光粉来调配如红粉+绿粉(红粉+绿粉根据光的叠加混色原理可得到需要的目标荧光粉波长),如何选择两种荧光粉?
如何调配两种荧光粉的比例呢?
这就涉及到需要做的色坐标的目标荧光粉波长和需要做的显色指数要求是多少了,红绿粉适当的比例可得到需要的荧光粉的波长,如果对Ra要求较高时可选用波长较长的红色荧光粉如650nm的红粉(光谱越宽显色指数越高)配合波长520nm左右的绿粉,做90以上显指就很容易了。
(找需要的目标荧光粉波长时,根据小标题
(1)的方法把已经做出来产品进行测试得到一个坐标点并与蓝光芯片波长做一条直线延伸到CIE上方的波长点;
如果这个点的波长比目标荧光粉的波长长的话那么需要减小红色荧光粉的比例,如果比目标波长短的话要增加红色荧光粉的比例)
3)当找到合适的红绿粉并且也找到了目标荧光粉的比例后(红粉与绿粉的比例不要变),如果产品的坐标点仍然偏离需要的坐标点的时候,你可以在CIE上观察到此时产品的色坐标与你要的色坐标点、蓝光芯片的波长点、目标荧光粉的波长点基本在一条直线上,这时只需要调节硅胶与荧光粉的比例(红粉+绿粉),当色坐标低于目标坐标时增加荧光粉浓度,当色坐标高于目标坐标时减少荧光粉浓度。
小结:
1)调配荧光粉时其实就是在混合需要的黄粉的波长。
2)不要只想增加或减少单一的x或y值,x跟y的增长或减少是与你的荧光粉的波长也就是色坐标与蓝光芯片波长的斜率来决定的。
3)当荧光粉的波长确定后色坐标的增长和减小是与荧光粉浓度有关
4)红粉与绿粉的比例只是来确定需要的目标荧光粉波长也就是色坐标的斜率
5)斜率找对了,之后调节浓度就可以得到你要的坐标区域了
建议:
1.在显色指数要求不高的情况下Ra<
85,建议用偏绿黄粉+红粉来做,优点是;
光效较高易控制。
2.在显色指数要求较高Ra>
90的情况下建议使用红粉加绿粉的方式来做,缺点是;
光效较低
3.如显色指数要求较高Ra>
90且又想光效高一点的话建议使用黄粉+绿粉+红粉的方式来做;
缺点是;
一致性低、不易控制
4.关于单粉做到显色Ra>
70以上高亮度正白黄粉+红粉大晶粒粉的方式来做;
沉淀快、不易控制
1.首先要知道相同色温的产品颜色并不是都一样的,有些客户要求如3000K左右的色温,有的人做出来是粉红色的有些人做出来是金黄色的但都是3000K左右的,因此做想要的某个颜色的产品并不能单纯的以色温来衡量和区分,还要引入色区的概念。
2.分色区的目的就是要将产品的颜色分开,以相同BIN区的产品人眼分辨不出为准,这时某个色温段的产品就需要用色区来分割了。
3.一般情况下如果要某个色温段的产品的话,参考的坐标点以该色温线与黑体辐射线的交点作为参考坐标点(越接近黑体辐射线颜色越接近自然光的颜色)
九、LED白光发光原理
1:
用蓝色LED激励黄色荧光粉。
即将黄色荧光粉敷涂在蓝色LED表面,蓝色LED本身光通量并不高,但在激励黄色荧光粉后产生的白光光通量是原蓝光光通量的8倍。
这种工艺是目前制造白光LED的主要方法。
2:
将红、绿、蓝三种LED集成在一起,通过调整其发光比例产生白光(即三基色远离),一般比例为红:
绿:
蓝=3:
6:
1。
这种方式造价高,不适合于商品化发展。
3:
LED分类;
LED按照功率区分,可以分为大功率和小功率。
0.5W以下一般称为小功率,0.5W以上称为大功率。
4:
LED内部结构;
大功率LED除两个电极外,都还自带有专门的散热结构和外部连接,用于提高散热效果。
而小功率LED由于体积及成本原因,几乎都没有专门的散热结构,仅靠两个电极和外部连接,散热能力差。
因此大功率灯具都应选择大功率LED,而小功率灯具(如LED灯泡、LED灯管)在对灯具散热进行优化设计后采用小功率LED。
5:
白光LED基本技术指标;
⑴.常用光源的色温为:
钨丝灯为2760-2900K;
荧光灯为3000K;
中午阳光为5400K;
蓝天为12000-18000K;
高压钠灯为2000-2500K。
⑵.LED光源可以通过改变荧光粉的配比来控制色温输出,一般范围为2000K-10000K。
⑶.人对不同色温的光源感官反应也不同,一般按色温可将光源分为三种:
比如,家庭多使用暖白光,而办公环境多使用正白光或冷白光。
色温可以通过光谱分析仪测量。
<3300K温暖(带红的白色)暖白光
3000-5000K中间(白色)正白光
>5000K清凉型(带蓝的白色)冷白光
显色指数和显色性;
光源照射到物体后反应物体本身颜色的能力称为显色性,显色性高低用显色指数来表示。
显色指数的符号为Ra,最大为100(自然光),显色指数越高,说明光源的显色性越好。
常见光源的显色指数如下:
白炽灯97日光色荧光灯 白色荧光灯75-8580-94暖白色荧光灯80-90卤钨灯95-99高压汞灯22-51高压钠灯20-30金属卤化物灯60-65LED灯65-90
显色指数可以通过光谱分析仪测量。
7:
正向电压;
LED的本质就是二极管,它的电压即指二极管的管压降,用Vf表示,单位为V。
为了得到更高的光效,在同样光通量(亮度)前提下,LED的电压越低越好。
一般白色、纯绿色、蓝色LED的电压为2.8V-3.4最好,红色、黄色LED的电压为1.8V-2.2V最好。
8:
电流;
电流指流过LED过电流。
但应区分两个概念:
LED最大驱动电流和实际驱动电流。
实际应用中,LED的驱动电流绝对不允许超过最大驱动电流,否则可能损坏LED或导致亮度快速衰减。
LED属于电流型器件:
电流越大,光通量越高(即亮度越高);
电流越小,光通量越低(即亮度越低)。
但提高电流会导致功率上升,发热量增加,光效降低,影响LED的寿命。
9:
光效;
光效指在消耗单位功率条件下输出的光通量。
光效可以分为光源光效和整灯光效。
单位都是lm/w(流明每瓦)。
⑴.光源光效指单个光源在消耗单位功率条件下输出的光通量。
整灯光效指整个灯具在消耗单位功率条件下输出的光通量。
光源光效;
从上式可以看出,只要测试出光源光通量及光源电压和光源电流即可计算出光源光效。
光源光通量可以通过小型积分球测量,光源电压和光源电流可以通过精密电源测量。
注意:
光源光效应注明测试电流,在不同测试电流情况下,测得的光效是不同的,因为LED的光通量输出虽然会随着电流的增加而增加,但不是线性增加。
上图为某型号LED驱动电流和光通量输出曲线(纵轴数字为光通量输出的比例)。
⑵.整灯光效;
整灯光效指在将LED装配到灯具内部后,对整个灯具进行的测试。
从上式可以看出,只要测试出灯具的整灯光通量及整灯功率即可计算出整灯光效。
整灯光通量可以通过大型积分球或分布式光度计测量,整灯功率可以通过综合电量表测量。
对比以上两个公式可以发现,整灯光效要明显小于光源光效。
因为:
LED光源被装配到灯具内部后,会在透镜、面板部分产生透光损失和反射损失,导致最终灯具光通量下降。
光损的多少可以用灯具效率来表示:
⑶.LED灯具的功率除了光源部分功率之外,驱动电源自身还需要消耗一部分能量。
电源自耗功率的多少可以用电源效率来标识:
10.LED各参数之间的关系;
⑴.色温划分
以下为三原色图,中心椭圆区域为白光区,白光区内越接近左下角色温越高,白光区内越接近右上角色温越低。
在白光内,可以划分为多个区域,ABC的色温相同,都是6500K-8500K;
DEF的色温相同,都是4500K-6500K;
GHI的色温相同,都是2500K-4500K。
⑵.色温和显色指数
色温和显色指数没有直接关系。
例如,色温分别为2700K和3400K的LED,显色指数都可以达到85以上。
⑶.色温和光通量
同型号LED(指芯片和工艺相同),色温降低,光通量也随之降低;
色温提高,光通量也随之提高。
因此在早期制造灯具的过程中,由于LED本身的光通量并不高,所以通常选择高色温的LED。
⑷.色温混合;
(不建议混合色温;
特殊情况)
可以将高色温LED和低色温LED混合使用,这样灯具的色温会表现为中间色温。
例如:
将2700K的LED和5000K的LED混合使用,灯具的色温应介于2700K和5000K之间。
⑸.显色指数混合;
(不建议混合显色;
可以将高显色性LED和低显色性LED混合使用,这样灯具的显色性会在两者之间。
将Ra=65的LED和Ra=85的LED混合使用,灯具的显色指数应介于65和85之间。
11:
LED使用过程中的注意事项;
⑴.严禁用手或其他物品按压;
所有LED的透镜表面均严禁用手或其他物品按压,否则会导致LED损坏。
从前面介绍的大功率LED内部结构部分我们了解到,LED芯片和外接电极之间大多采用金线焊接,金线及金线末端的焊接部分仅能承受约10g力,因此外部很小的压力就会导致金线或金线末端的焊接部分断裂,从而造成LED损坏。
⑵.防止化学品沾污;
所有LED严禁化学品沾污。
灯生产过程中使用的酒精、助焊剂、各种胶水、抹字水等化学品都具有很强的氧化性,会对LED内的荧光粉、芯片产生严重腐蚀,导致LED损坏。
⑶.回流焊控制;
所有LED仅能过1次回流焊,重复焊接会严重损伤LED,因此在对LED进行回流焊操作前必须确认以下内容:
温度曲线符合LED器件的要求,新的LED器件首次回流焊前必须和LED厂家确认温度曲线。
LED器件符合潮湿敏感度标准要求,达不到标准的应按生产厂家要求进行烘烤后再焊接。
LED进入回流焊设备前应确保进行了必要的检查,以防止LED贴装不良。
⑷.LED串联及并联分组对比;
LED灯具的光源部分一般都是由多颗LED组成,这些LED在电气连接上可能是串联,也可能是并联,实际使用中以串联为主。
串联连接;
LED采用串联方式,由电源提供恒定电流驱动。
串联方式能够保证回路中所有LED电流一致,但在串联回路中LED数量较多时,需要电源输出较高电压,同时串联回路存在一只LED开路导致整个回路失效(整个回路不亮)的风险。
LED失效会产生两种后果:
开路或短路。
开路会造成整个串联回路中所有LED熄灭;
而短路则不会影响串联回路中其他LED正常工作。
大量实践证明,LED失效基本上为短路,开路现象极少,因此串联使用是安全的。
并联连接;
如上图所示,多只LED采用先串联后并联的方式由电源驱动。
在
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