Transcript 2、LED光电特性-1
LED日光灯管业务培训教材 审核： 制作 • • • • 1）LED知识简介 2）光学知识简介 3）LED日光灯品质标准 4）LED与传统光源的优劣 1）LED知识简介 • • • • 1、LED封装工艺流程 2、LED光电特性 3、LED不良现象 4、LED的寿命 1、LED封装工艺流程 固晶 原物料 焊线 ▽ 来料 ▽ 晶片 ▽ 支架 ▽银胶 ▽ 荧光粉 ▽ 硅胶 ▽金线 ▽ 支架 ◇ IQA ○扩晶 ○排支架 ○AB胶 ○ DP、CP ▽ 模粒 ○ 上支架 ▽支架 ○ 一切 ○ O/S ○ 点胶 ○合格 后测 封胶 ○ 装模 ○ 配胶 ○ 焊线 ○ 配胶 ◇ 全检 ○ 试胶 ○ 外观 ○ 入烤 ○入库 ○ 固晶 ◇ 品管抽检 ○ 试胶 ○ 原料仓 ◇ 全检 ○ 过滤 ○ 点胶 ○领料 ○ 入烤 ○ 全切 ◇ 品管确认 ○ 灌胶 ◇AT ○ 出烤 ○ 插支架 ○烘烤 ◇品管抽检 ○包装材料 ◇ 品管抽检 ○ 短烤 ○ 计数 ○ 待焊线 ◇ 全检 ○ 出烤 ○ 包装入库 ◇ 品管抽检 ◇ 品管抽检 ○ 待封胶 ○ 长烤 ◇ 品管抽检 ◇ QA检验 ○ 待测试 ○ 出货 以上仅为DIP LED和Super Flux LED的通用工艺流程，而SMD，TOP以及High Power LED的封装工艺流程是另有区别的！ 2、LED光电特性-1 电性技术指标1-----电流 I 额定工作电流IF（mA）：LED在理想的线 性工作区域，在此电流下可安全地维持正 常的工作状态； 最小工作电流IFL（mA）：LED在小于此 电流工作时，由于超出理想的线性工作区 域，将无法保证LED的正常工作状态（尤其 是在一致性方面）； 最大容许正向电流IFH（mA）：LED最大 可承受的正向工作电流，在此电流下，LED 仍可正常工作，但发热量剧增，LED的使用 寿命将大大缩短； 最大容许正向脉冲电流IFP（mA）：LED 最大可承受的一定占空比的正向脉冲电流 的高度。 I V F R I R V LED I~V特性曲线 F V 2、LED光电特性-2 电性技术指标2-----压降 1. I 正向压降VF（V）：由LED本身固有 的I~V特性曲线决定，在IF条件下所对 应的VF数值。 2. I 击穿电压（雪崩电压）VZ（V）：在 LED加载反向电压VR，在其较低时， 流过LED PN结的电流很微弱，几乎为 V F R I R V 零，（我们把这个电流也叫LED的反 向饱和电流IF0），当VR增加到一定 值时，流过LED PN结的电流会急剧增 加，导致LED击穿直至烧毁，我们称 这个电压为该LED的击穿电压。 LED I~V特性曲线 F V 2、LED光电特性-3 电性技术指标3-----耗散功率PD 当LED上施加了额定的正向电流后，就可以计算出加载到LED上的电功率PD： PD=VF×IF 1. 由LED的I-V曲线的正向 特性可知，LED的电功 率受到IFmax的限制； 2. IF是温度的函数，因此 PD也会受温度制约； 3. PDmax 由于LED的内量子效率 1/2PDmax 不可能达到100%，因此 施加到LED上的PD会引 起PN结温度上升，当达 0 25℃ 65℃ 125℃ 到PN结最大结温Tjmax， 会导致LED失效！ LED PN结上的功率PD与温度T的关系曲线 2、LED光电特性-4 电性技术指标4-----反向电流 反向电流IR（μA）：LED在一定的反向偏压（VR）下的反向漏电流。 IR也是判定LED失效与否的重要指标，通常： 中小功率LED（≤0.5W）的LED的判定标准为： 1. IR≤5 μA@VR=-4V; 2. IR≤10 μA@VR=-5V; 超过1W的High Power LED的IR失效判定标准为： 1. IR≤30μA@VR=-4V; 2. IR≤5 0μA@VR=-5V; 2、LED光电特性-5 光学技术指标1-----相对视觉函数[V(λ)]曲线 相对视觉函数曲线：由于人眼对不同λP的光线，即使光功率一样，人眼感知光强的程 度还是不一样，因此国际照明委员会研究推荐了 V(λ)曲线。 典型应用波长的视觉函数和光效： V(λ) 峰值波长(λP) 视觉函数V(λ) 光效(lm/W) 紫外<380nm 0 0 450nm 0.038 25.95 460nm 0.06 40.98 470nm 0.0913 62.36 555nm 1 683 620nm 0.381 260.22 650nm 0.107 73.08 660nm 0.0608 41.53 红外>780nm 0 0 最大流明效率Km=683lm/W 1.0 相 对 视 觉 函 数 曲 线 380 555 780 波长λ(nm) 2、LED光电特性-6 光学技术指标2-----光通量（ΦV） 光通量ΦV（流明：lm）：光源在单位时间内发出的光的总量，也被解释为辐射光功率 能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。 780 dQv v Km ( ) V ( )d dt 380 其中： Km：最大流明效率为683lm/W(当波长为555nm时）； Φ(λ)： 给定波长的光辐射功率； V(λ)：在相对视觉函数曲线中，给定波长所对应的视觉函数； d (λ)：给定的波长。 2、LED光电特性-7 光学技术指标3-----发光强度（IV） 发光强度IV（坎德拉：cd）：光源在指定方向单位立体角内的光通量。 IV dv d 1cd=1lm/sr(流明/立体弧度）=1烛光 光三维空间分布图 光二维空间分布图 2、LED光电特性-8 光学技术指标4-----照度（E） 光照度E（勒克斯：lux）：光源照射在光接收面上一点处的 面元上的光通量dΦV与该面元面积dS的比值。 Ev dv dS 1 lx=1 lm/m2 对于点光源，若在某一个方向上光强为I， 则距离r处的照度为： E=I/r2 表征LED特性的主要技术指标 光学技术指标6-----半强角度（θ1/2 ） 半强度角θ1/2：也称为半直角，就是光源中心法线方向向四周展开，中心光强I到周围的 I1/2之间的夹角。 I I/2 法线 θ 光源 I/2 表征LED特性的主要技术指标 光学技术指标7-----波长 1. 峰值波长（λP：nm）：光谱 发光强度或者辐射功率最大点 所对应的波长 。 2. 主波长（λD:nm）：以标准白 光[通常为等能白E （x=0.3333,y=0.3333）]为参照 点，某点颜色的色调与波长为 λd的纯光谱相同，则λd称为该 点颜色的主波长。这是一个人 眼对该点颜色感觉的心理学物 理参数 。 表征LED特性的主要技术指标 光学技术指标8-----相关色温（TC ：Color Temperature ） 相关色温TC（K）：光源的 光辐射所呈现的颜色与在某 一温度下黑体辐射的颜色相 同时，称黑体的温度（TC） 为光源的色温度。为了求得 光源的色温，需要先求得它 的色度坐标，然后在色度图 上由CIE1960UCS推导的ISO 色温线求取色温。对于相对 光谱功率分布偏离黑体相对 光谱功率分布较远的光源， 用色度坐标与其最靠近的黑 体温度来表示该 光源的相关 色温，在色温线上求取相关 色温。 表征LED特性的主要技术指标 光学技术指标8-----相关色温（TC：Color Temperature） 不同光源环境的相关色温 不同光源的不同光色组成的最佳环境 色 温 光 色 气氛效果 >5,000K 清凉 (偏蓝的白色) 冷的气氛 3,300-5,000K 中 间 (白色) 爽快的气氛 <3,300K 温暖 (偏红的白色) 稳重的气氛 表征LED特性的主要技术指标 光学技术指标9-----显色性指数（Ra：Color Rendering Index） 显色性指数Ra：光源对物体真实颜色的呈现程度 不同显色指数的显色性及其应用场合 指数(Ra) 等级 90-100 1A 80-89 1B 60-79 2 40-59 3 20-39 4 显色性 一般应用 需要色彩精确对比的场所 优良 需要色彩正确判断的场所 需要中等显色性的场所 普通 显色性要求较低，色差较小的场所 较差 对显色性无具体要求的场所 2）光学知识简介 • • • • • • 1、光通量、光强及照度 2、色温、色座标及波长 3、波长与显色指数 4、IES曲线与视角 5、视角与光利用率 6、电功率效率与光效率 1、光通量、光强及照度 • 光通量：点光源或非点光源在单位时间内 所发出的能量,其中可产生视觉者（人能感 觉出来的辐射通量）即称为光通量。光通 量的单位为流明（简写lm），1流明 （lumen或lm）定义为一国际标准烛光的光 源在单位立体弧角内所通过的光通量. • 光强：点光源在某一方向上的发光强度， 即是发光体在单位时间内所射出的光量， 也简称为光度，常用单位为烛光（cd，坎 德拉），一个国际烛光的定义为以鲸鱼油 脂制成的蜡烛每小时燃烧120格冷（grain） 所发出的光度，一格冷等于0.0648克 • 照度：被照物体单位受照面积上所接受的 光通量，或者说受光照射的物体在单位时 间内每单位面积上所接受的光度。 2、色温、色座标 • 相关色温：标准黑体在不 同温度下的颜色表现。 • 色座标：颜色在CIE1931 色度坐标图上的表现。 3、显色指数 • 显色指数：光源对物体本身颜色呈现的 程度称为显色性,也就是颜色逼真的程 度.显色性高的光源对颜色表现较好,我 们所见到的颜色也就接近自然原色,显 色性低的光源对颜色表现较差,我们所 见到的颜色偏差也较大。 4、IES曲线 • 光源所发出光在一定立体角里强度分布 会不一样，如下图，光在二维空间的分 布图我们称之为IES曲线。 光三维空间分布图 光二维空间分布图 5、半强角与光利用率 • 半强角：光源最高光强的一半是我们 通常认为的有效光，因此我们将有效 光所分布的范围称之为半强角，通常 也称之为视角。 • 光利用率：光源所发出的光通量有部 分因为视角及灯具设计的原因，会被 灯具所吸收或反射时造成光的损耗， 因此实际灯具的有效的光通量会比光 源本身发出的光通量低，而灯具实际 有效的光通量与光源本身发出的光通 量的比值我们称之为光利用率。 6、电功率效率与光效率 • 电功率效率：电源输出与输入的比值， 由于电源驱动本身存在着一定的消耗， 因此电源输出与输入不是相等的。 • 光效率：光通量输出与消耗电功率的 比值，一般因为电功率效率的存在， 光效率计算的电功率会指整个灯具的 功率而不是光源本身消耗的电功率。 3）LED日光灯品质标准 • • • • • • 1、LED日光灯结构组成 2、成品性能参数 3、产品信赖性要求 4、老化 5、包装 6、混料 1、LED日光灯的组成 • 驱动 • 灯板 • 结构 电源驱动 • 输入电压： 100-240VAC 120-277VAC 277-347VAC • 输入功率： 8W、12W、18W、 22W、28W、36W • 功率因素：大于90% 灯板 • 色温： 2700K、2900K、3300K、 4100K、5000K、6400K、 7700K • 光通量：最小值一般以功率乘以 光效。 • 光效：75Lm/W • 显色指数：75%@5000K 结构 • 灯架、屏蔽片、PC管、堵头、灯头。 • 长度： 0.6M、0.9M、1.2M、1.5M、1.8M、 2.4M • 直径：T8=26mm • 单双针 • 管内杂物 • 表面外观 • PC管脏污等. 2、成品性能参数 • 光通量：min为额定功率*75Lm • 显色指数：75%@5000K • 功率:额定功率±1W • 功率因数：min=0.9 • 色温:暖色时，公差范围相对小一些， 色温越高值公差范围越大。 • 输入电压： • 外形尺寸：长度、直径 • 照度：指在产品中心位置时分别在 距离产品1M、2M、3M时的照度。 • 灯头耐压值≥2500VAC 3、产品信赖性要求 • 使用环境：-40度到65度， 湿度95%以下。 • 使用寿命：50000小时 LM70. 4、老化 • 驱动老化24小时 • 灯板老化48小时 • 成品老化24小时 5、包装 • 包装数量： 50支一大箱，25支一小箱。 • 产品防护： 灯管弯曲、灯头PIN针变形、 表面刮伤等 6、混料 • 色温 • 驱动功率 • LED外形 4）LED与传统光源的优劣 1、光效比较 2、显色指数比较 3、寿命比较 4、光利用率比较 5、色温比较 6、包装运输 7、成本 1、光效 当前各种光源光效的典型标准 光源类别 光效（lm/W） 白炽灯 6~14 一般节能灯 40~55 三基色节能灯 55~85 三基色荧光灯 50~90 低压钠灯 70 高压钠灯 110 高压汞灯 50 白光LED 80~140 2、显色指数比较 灯的种类 演色性Ra 白炽灯 100 卤坞灯 100 高压纳灯 42-52 节能灯 85 金卤灯 65-93 荧光灯 51-95 高压汞灯 25-60 低压钠灯 25 LED灯 65-95 3、寿命比较 测试项目 白炽灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 LED 寿命／kh 0.8~2 8～10 6 ～ 2O 15~24 5O 4、光利用率比较 测试项目 白炽灯 荧光灯 光利用率 依灯具设计，最大为0.6. 高压汞灯 高压钠灯 LED 最小为0.9 5、色温比较 不同光源环境的相关色温 光 源 北方晴空 阴天 夏日正午阳光 金卤灯 下午日光 色温 [K] 8000-8500 6500-7500 5500 4000-4600 4000 4000-5000 3450-3750 暖色荧光灯 卤素灯 三基色荧光灯 高压钠灯 蜡烛光 一般节能灯 钨丝灯 2500-3000 3000 500~7000 1950-2250 2000 6000 2700 光 源 色温 [K] 冷色荧光灯 高压汞灯 6、包装运输 测试项目 白炽灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 LED 抗振性 差 差 差 差 好 7、成本 测试项目 白炽灯 成本 (＄ ／ (klm) ) 0.4 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 LED 1．5 5 2O 5