LED原理性能分析.docx
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LED原理性能分析.docx
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LED原理性能分析
LED
发光二极管(LED)是将电能转化为光能的元器件。
工作在正向偏置状态,与普通二极管相似,也具有单向导电特性。
正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子一部分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,从而电能转化为光能。
实际光辐射在约2mA的电流强度下便已开始。
光强的增加与电流强度成正比。
光的波长(光的颜色)主要取决于晶体材料,也与掺杂有关。
目前的发光二极管,有红光,黄光,橙光,绿光,蓝光,白光(蓝光加黄色荧光粉)。
另外,利用混光特性,可以得到更多的色彩。
一)特性参数
1)LG主要参数
项目
说明
单位
备注
EmittingColor
LED激励光的色彩
-
-
LensColor
LED封装树脂的颜色
-
-watercleartypeordiffusedtype
(透明的或是雾状的)
ForwardVoltage
前向工作电压
V
IF条件下的正向压降,一般在1.4~3V之间。
外界温度升高时,VF将下降。
ForwardCurrent(IF)
前向工作电流
A
根据回路需要的实际电流来选择
(LG常用IF5mA,10mA,20mA,30mA)
防止瞬间电流冲击,一般要求最大可承受电流Ifm>=2If
LuminousIntensity
发光的强度
MCD
IF时的光强
PowerDissipation
最大耗散能量
MW
-
LeadPitch
脚距
MM
-
NumberofPin
脚数
P
-
Packing
封装方式
-
-
例如:
EAV34144001:
LGHR-S14RED1.9V20MA50MCD625NM50MW1608R/TP2P
(韩国担当在做P/N时候,登录的IF信息理论上应该是测试电流,但担当别不同有人登录的是最大电流,故各位在查LED时还是要以spec为准)
2)其他主要参数
项目
说明
单位
备注
ReverseVoltage
反向最大电压VR
V
*超过时会击穿晶片
OperatingTemperature
工作温度范围
-
-
StorageTemperature
存储温度范围
-
-
SolderingTemperature
最高焊接温度
-
-
ReverseCurrent
反向电流IR
mA
反向电压VR=5V的情况下,一般要求<10uA.
*IR大时,光的亮度会降低
PeakWaveLength
光波长
nm
IF条件下测试*决定光的颜色
SpectralLineHalf-width
光线半波宽度Δλ
nm
IF条件下测试
*该参数影响了LED色彩的纯度
ViewingAngle
LED的视角2θ1/2
deg
IF条件下测试,又叫半功率角
3)重要参数图
I.V-I特性:
发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。
在正向电压正小于某一值(叫阈值)时,电流极小,不发光。
当电压超过某一值后,正向电流随电压迅速增加,发光。
由V-I曲线可以得出发光管的正向电压,反向电流及反向电压等参数。
正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下。
II.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,其波长如下图:
Ø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
Ø光谱半宽度Δλ:
表示发光管的光谱纯度.是指图中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.
右图为色谱图(X,Y),波长与色谱有对应关系。
III.半值角θ1/2和视角:
>θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。
>半值角的2倍为视角(或称半功率角)。
右图中θ1/2为30deg
视角2θ1/2为60deg。
二)LED基本分类
LG分类:
立式LED(DIP型)和贴片类LED(SMD型)
类型
供应周期(佰鸿)
价格范围
供应业体
贴片类
(SMD)
一般60天,
最快20天
红绿:
$0.02左右
LGInnotek(韩资)
Bright(台湾)
AUK(韩资)
ROHM(日资)
LITEON(台资)
蓝色:
$0.06~0.09
白色:
$0.1左右
插件类
(DIP)
一般20天~1个月
最快10天
红绿:
$0.017左右
蓝色:
$0.09
白色:
$0.06~0.2
*针对绿色,普通绿色,黄绿较便宜,但颜色亮丽的翠绿色则偏贵
三)原料构成
原材料
作用
备注
晶片
发光元件
LED的核心部分,也是价格和影响供应的主要因素。
晶片市场价格一般变化不大。
*晶片的好坏跟抗静电性能,一致性性直接相关,当然价格差异也很大。
银胶(或白胶)
固定晶片用,银胶为导电胶,白胶不导电
使用银胶时可以减少一条金线的连接,因为它是导电胶。
白胶则必须因两条金线。
金线
连接晶体与引脚
价格昂贵,价格也随市场经常变化
环氧树脂
密封晶片
-
引脚--DIP用
镀镍的铜片
也用作晶片的支架。
树脂内较大片为负极。
PCB板
(SMD专用)
放置晶片用
也是影响价格的因素,它与晶片一起占到SMD型LED价格的70%。
四)内部等效电路
1)普通光(红,绿,黄)
2)蓝,白,翠绿(抗静电差,加zener)
●蓝灯因为抗静电能力不好,所以要在内部加一对稳压二极管,因此价格较贵。
五)检测办法
1)用万用表的二极管测试档,给LED正向电流时可以点亮,如果不能点亮则LED有问题。
反向时,电阻应该无穷大。
2)外接电源测量。
用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指针式或数字式皆可)可以较准确测量发光二极管的光、电特性。
为此可按下图10所示连接电路即可。
如果测得VF在1.4~3V之间,且发光亮度正常,可以说明发光正常。
如果测得VF=0或VF≈3V,且不发光,说明发光管已坏。
六)生产工艺
自动检测时,设定好相应参数,机器会对VF(正向压降),IV(光强,亮度),光波长(颜色X,Y值)进行等级划分,叫做分Bin,要求同一Bin级的色度和亮度人眼无法区分,设计时要根据实际样品选择我们可以接收的Bin等级。
不同Bin级的产品是区分包装的(编带或者防静电袋),外包装上有等级标识。
七)信赖性测试项目
1)恒温恒湿试验
2)冷热冲击试验
3)振动试验
4)寿命试验
5)包装落地试验
6)端子拉力试验
7)端子抗弯试验
8)沾锡试验
9)焊锡试验
八)内部构造图
1.普通灯(红,绿,黄)(无Zener)
2.蓝白灯(含Zener)
九)常见不良
*业体检讨流程
1)灯不亮
原因:
晶片上焊点断裂。
常因为作业时(如:
插件弯角时)作业不良造成外部塑胶裂开。
再经过高温焊接,膠体膨胀,造成焊点断裂。
对策:
可在在金线与焊点地交界处植入金球,加强结合力
*现柏鸿给我们提供的都是二次改善品。
跟电插设备的冲击力关系也很大。
2)灯暗
原因1:
常常因为亮度偏下限而造成。
样品承认时,尽量对上下限的样品都进行测试。
原因2:
反向漏电流IR过大,工艺上常见的不良有焊球过大,超出焊盘范围,使晶片PN结连接如下图:
或者晶片下固定用银胶过多溢出,造成晶片PN结浮接。
从而使IR变大
*晶片结构示意图
对策:
可以把银胶改为不导电的白胶。
然后追加一条金线连接晶片与Pin脚。
3)寿命后灯不亮或灯暗
原因一:
上述工艺上的缺陷都可能导致寿命后亮度变化集中体现
原因二:
由于SMDLED芯片是焊在PCB上的,若长时间在空气中放置,PCB易吸水,若直接过SMT,受热后产生气泡,很有可对芯片及焊接处造成不良影响。
故SMDLED均为真空包装,拆封后超过24小时未使用且拆封后保存湿度>30%RH,使用前要进行烘烤(烘烤时间60度,12小时)
针对PCBASSYSMT后A/I的工艺,SMT与A/I尽可能保证4Hr的间隔。
(有些供应商直接在spec上声明禁止二次过焊)
3)LED的色差现象
I.白色灯
原因:
白灯=蓝光+黄莹光粉
荧光粉多偏黄
荧光粉少偏蓝
人眼对蓝光不敏感
但加荧光粉后色差特别明显。
对策:
>针对白灯设计时要特别注意指定色度等级。
>生产时不同编带不可混用
II.七色或多色灯
原因:
7色灯由R,G,B混色而成,出厂时仅对R,G,B基色进行分光,无法保证混色而成的橙,紫,天蓝,白,也能具有很好的一致性。
(如果一致性要求很苛刻的话,那产出率就非常低了,目前LG用的已经是世界最好的公司生产的七色灯,但还是无法保证一致性)
对策:
尽量避免同set使用2颗以上
*如果LED测试电流和SET实际电流不一致时,也会造成色差。
设计注意回路提供电流与测试电流一致。
回路电流不可变更时需要开发LED新品。
4)LED散射角度不够
对策:
设计时要制定显示角度spec半值角θ1/2
一十)应用回路
ØLED使用时常用三极管控制开关,LED串联电阻控制电流,使电流靠近标准工作电流。
Øled是电流控制器件,如果若干个灯同时使用,为保证一致性各路电流值要相等。
●专家点评LED:
LED额定电流,主要是LED业体用来检查LED出货的一些参数.
如提供20mA稳定的电流,测LED的亮度,电压等.LED承认书一般用"IF"符号表示.
承认书里面,一般有两个额定电流,一个是最大额定电流,一个是动作额定电流.我们一般看动作额定电流.
当实际电路提供的额定电流跟SPEC要求的动作额定电流差异较大时,会发生LED亮度不一致的问题(肉眼可以分辨).
我们的AUDIO制品为什么会有LED亮度不一致的问题(一般是偏暗),就是实际电路提供的电流比LEDSPEC要求的动作额定电流小很多,所以才有这样的问题发生.当发生这种问题时,可以调整回路上跟LED串连的电阻阻值,使实际回路提供的电流接近LEDSPEC要求额定电流.
实际回路的电流跟LED额定电流关系如下:
20mA(LED额定电流):
15~20mA(回路提供电流)
5mA(LED额定电流):
3.5~5.5mA(回路提供电流)
LED还有没有其它标准,都是以此类推的.
还有,LEDSPEC上最大额定电流一般比动作额定电流大2倍的话,LED才不容易击穿.
当提高回路电流时,还要考虑跟LED串连电阻能否承受提告后的电流.
电阻实际消耗电流P=IxI*R(I平方乘以电阻值,得出的功率跟电阻SPEC的功率比较,只要比SPEC上的功率小就OK)
回路实际电流测试方法:
在LED前端串联一个安培表(指针表),直接读数.
用测电阻两端电压除以电阻值,得出的电流值是有偏差的,因为电阻本身有偏差,测电压的仪表本身也有偏差.
十一)厂商介绍
1)佰鸿(bright)
佰鸿于1981年成立,生產LEDLamps、SMD贴片、红外产品、Displays及PowerLED.立足光電產業20年LED供應商的世界排名第八位,华人圈内排名第4.
國際標準ISO-9001,ISO-9002,ISO-14001,QS-9000,TS-16949認證通過
1994年11月公司股票上市,全球超過4,000家客戶,將近3,000名員工。
主营行业:
LED所需原物料;LED產品;刹车灯;光电鼠标;电源适配器;数码配件;手机来电闪;玩具电话;
经营模式:
三来一补生产型;服务型;
公司注册地:
台湾/台北
2)光宝(LITEON)
光寶集團成立於1975年,最早是由生產發光二極體(LED)起家,1983年率先推動股票上市,擁有台灣第一家掛牌上市的電子公司。
光寶集團母公司-光寶科技,為國內第一家製造LED產品的公司,30多年來,除了致力於光電零組件,更持續拓展電腦與數位家庭、消費性電子、通訊產品、關鍵零組件與次系統、並逐步跨足車用電子等4C領域,在市場上具有舉足輕重的地位;此外,光寶亦具備優異的研發設計能力,藉由全面性的產品服務,提供客戶一次購足的選擇,並且成為國際大廠ODM/OEM合作供應商首選。
2002年率先推動四家上市公司進行合併,2005年為四合一之後的第三年,全球合併營收達新台幣2,275億元,台灣母公司的營收亦達新台幣1,628億元;並且成功塑造「優質性成長」的企業形象,不以追求營業額的成長為主要目標,積極對公司產品線進行策略性調整,現階段聚焦於高毛利產品,包括:
影像產品(Imaging)、電源供應器(PowerSupply)、機殼產品(Enclosure)、LED等四大核心事業作為發展主軸。
3)AUK
AUK公司(韩)生产的产品主要分为5大产品类别:
主力产品为PW事业部的MOSFET及R&I事业部的SBD,FRD,CV-CCIC;将来的R&I事业部的MotorDriver等IC部门将会变得更加活跃起来。
从初期的LED及PhotoSensor开始,在Transistor-IC-FABLine投入运行后,以Power元件为核心,不断提高技术实力。
目前,PowerDiscrete产品及IC产品已经成为了本公司的主打产品。
在将来,本公司将会继续向PowerIC及digitalIC领域昂首迈进。
尤其在IC部分,将采用技术升级后的Bipolar工艺体系,在创造高附加值产品的同时,在质量方面努力实现50PPM以上的水平。
4)其他著名LED生产厂商:
I.DOMINANT半导体公司---马来西亚
DOMINANT半导体公司是一间马来西亚公司,是领先的表面安装LED制造商,为各种工业和汽车,消费者和通讯各种照明应用提供广泛产品线。
以广泛的行业经验和对创新的不断追求,DOMINANT公司的一流制造,研究和测试能力已经在全球成为一间信得过和可靠的品牌。
DOMINANT公司已通过QS9000和ISO9001认证。
II.欧司朗---德国
一百多年来,欧司朗以其出色的光源产品而闻名于世。
今天,欧司朗已成为世界两大光源制造商之一。
欧司朗总部设在德国慕尼黑,是西门子全资子公司。
欧司朗的客户遍布全球近150个国家和地区。
凭借着创新照明技术和解决方案,欧司朗不断开发人造光源的新领域,产品广泛使用在公共场所、办公室、工厂、家庭以及汽车照明各领域。
作为全球最具创新能力的照明公司之一,欧司朗拥有多项世界领先的专利,众多世界著名工程都选择了欧司朗的照明产品和方案。
从世界最高的台北101大厦,到极尽豪华的迪拜帆船酒店;从2000年悉尼奥运体育场,到2006年世界杯慕尼黑安联球场;从庄严肃穆的北京天安门,到现代建筑经典瑞典马尔摩旋转大厦…欧司朗的照明产品都闪耀在其中。
欧司朗的光源产品及照明系统多达5000多个品种,能够充分满足人们在工作、生活及特殊领域的多方面需求。
其产品系列包括:
荧光灯、紧凑型荧光灯、高强度气体放电灯、卤素灯、汽车灯、摩托车灯、特种光源、电子镇流器和发光二极管等。
III.日本日亚光学(NICHIA)
最早研制出蓝灯,白灯LED的公司,蓝灯的专利目前已经解除,但白灯LED的专利还一直掌握在Nichia手中,现在生产白灯的企业都是在打擦边球,从工艺上作一些改动或着变动荧光粉的成分来避开Nichia专利。
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