藍色發(fā)光二極管是氮化鎵二極管,發(fā)光二極管由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成的二極管,當電子與空穴復合時能輻射出可見光,因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈,或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光,磷化鎵二極管發(fā)綠光,碳化硅二極管發(fā)黃光,氮化鎵二極管發(fā)藍光。
2014年諾貝爾物理學獎揭曉。因發(fā)明“高亮度藍色發(fā)光二極管”,日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二共獲殊榮。發(fā)光二極管的英文簡稱是LED,對于這個詞,大多數(shù)國內(nèi)讀者應不會陌生,因為LED燈已大量應用于我國室內(nèi)外照明等領域,逐步取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明設備,成為節(jié)能、環(huán)保、智能化照明的代表。
紅色、綠色發(fā)光二極管在上世紀中葉已經(jīng)問世,但要把發(fā)光二極管用于照明,必須發(fā)明藍色發(fā)光二極管,因為有了紅、綠、藍三原色后,才能產(chǎn)生照亮世界的白色光源。藍色發(fā)光二極管的制備技術困擾了人類30多年。
上世紀80年代,在日本名古屋大學工作的赤崎勇和天野浩選擇氮化鎵材料,向藍色發(fā)光二極管這個世界難題發(fā)起挑戰(zhàn)。1986年,兩人首次制成高質量的氮化鎵晶體;1989年首次研發(fā)成功藍光LED。
從1988年起,當時在日亞化學公司工作的中村修二也開始研發(fā)藍光二極管。與兩位日本同行一樣,他選擇的也是氮化鎵材料,但在技術路線上并不相同。上世紀90年代初,中村修二也研制出了藍色發(fā)光二極管。與名古屋大學團隊相比,他發(fā)明的技術更簡單,成本也更低。
至此,將LED用于照明的最大技術障礙已被掃除,被譽為“人類歷史上第四代照明”的LED燈呼之欲出。
按照諾獎評選委員會的說法,這項只有“20歲”的“年輕”發(fā)明之所以獲獎,是因為這種用全新方式創(chuàng)造的白色光源已經(jīng)“讓我們所有人受益”?!八麄兊陌l(fā)明具有革命性,”聲明說,“白熾燈點亮了20世紀,21世紀將由LED燈點亮?!?/span>
與白熾燈、熒光燈相比,LED能耗更低,壽命更長,
藍色發(fā)光二極管
而且可實現(xiàn)智能化操控,是節(jié)能環(huán)保的“綠色照明”。因此進入市場后,呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。國家半導體照明應用系統(tǒng)工程技術研究中心經(jīng)理楊潔翔介紹,我國2010年的LED產(chǎn)值是700多億元; 而到了2013年,全年產(chǎn)值猛增到5000多億元。家庭、辦公、道路等各種場所的照明以及絢爛的景觀燈光,這些市場“主力軍”如今都是LED?!扒皫啄暾劦絃ED,我們需要對公眾進行科普,現(xiàn)在家里裝修,老百姓都會考慮買這種比傳統(tǒng)節(jié)能燈更節(jié)能的燈具。”[1]
單色光LED的應用
最初LED用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例,在美國本來是采用長壽命,低光效的140瓦白熾燈作為光源,它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中,Lumileds公司采用了18個紅色LED光源,包括電路損失在內(nèi),共耗電14瓦,即可產(chǎn)生同樣的光效。
汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。1987年,我國開始在汽車上安裝高位剎車燈,由于LED響應速度快(納秒級),可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況,減少汽車追尾事故的發(fā)生。
另外,LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏,匙扣式微型電筒等領域都得到了應用。
藍色發(fā)光二極管測量
一般檢測
普通發(fā)光二極管的檢測
(1)用萬用表檢測。利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時,二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或為∞,反向電阻值很小或為0,則易損壞。這種檢測方法,不能實質地看到發(fā)光管的發(fā)光情況,因為×10kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。
如果有兩塊指針萬用表(最好同型號)可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發(fā)光管的正極(P區(qū)),余下的“+”筆接被測發(fā)光管的負極(N區(qū))。兩塊萬用表均置×10kΩ擋。正常情況下,接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低,甚至不發(fā)光,可將兩塊萬用表均撥至×1mΩ若,若仍很暗,甚至不發(fā)光,則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應注意,不能一開始測量就將兩塊萬用表置于×1mΩ,以免電流過大,損壞發(fā)光二極管。
(2)外接電源測量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表(指針式或數(shù)字式皆可)可以較準確測量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.4~3V之間,且發(fā)光亮度正常,可以說明發(fā)光正常。如果測得VF=0或VF≈3V,且不發(fā)光,說明發(fā)光管已壞。
紅外發(fā)光二極管的檢測
由于紅外發(fā)光二極管,它發(fā)射1~3μm的紅外光,肉眼無法看到到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW,不同型號的紅外LED發(fā)光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3~2.5V。正由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見,所以利用上述可見光LED的檢測法只能判定其PN結正、反向電學特性是否正常,而無法判定其發(fā)光情況正常否。為此,最好準備一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光電池)作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當正向電流后是否發(fā)射紅外光。
光強度
把光強標準燈,LED和配有V(λ)濾光片的硅光電二極管安裝和調試在光具座上,特別是嚴格地調燈絲位置,LED發(fā)光部位及接受面位置。
先用光強標準燈校準硅光電二極管,C=E/S
式中Rs=Is/Ds
Ds是標準燈與接受器之間的距離,I s是標準燈的光強度,R s是標準燈的響應。
Et=C ·R t式中E t是被測LED的照度,R t是被測LED的響應,則LED的光強度I t為:I t=E t ·Dt
式中Dt 是LED與接受面之距離。
對于LED來講,其發(fā)光面是圓蓋形狀的,光分布是很特殊的,所以在不同的測量距離下,光強值會變化,偏離距離平方反比定律,即使固定了測量距離,但是由于接受器接受面積不同,其光強值也會變化。因此,為了提高測量精度,應該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如,測量距離按照GIE推薦采用316mm,接受器面積固定為10×10mm。在同一測量距離下,LED轉角不同,其光強也相應地有變化,因此為了獲得最佳值,最好讀出最大讀數(shù)R t為佳。
光通量
光通量測量在變角光度計的轉臺上進行,轉臺上安轉了LED,該轉臺在其水平面上繞著垂直軸旋轉±90度,LED在垂直面上繞著測光軸旋轉360度。在水平面上和垂直面上的轉角的控制是通過步進馬達來實現(xiàn)的。轉臺在導軌上隨意移動,當測量標準燈時,轉臺應離開導軌。
測量時大轉盤在水平面上繞垂直軸旋轉,步進角度為0.9°,正方向90°,反方向90°。LED自身也在旋轉,在每一個水平角度下,垂直平面上每隔18°進行一次信號采集,轉完360°之后共采集到20個數(shù)據(jù),按下式計算總光通量。
如果大盤旋轉0°~90°時,小盤轉0°~360°即可。但是大盤旋轉0°~90°時,有可能LED安裝不均勻(不對稱)而引起誤差,因此最好的解決辦法是大盤轉-90°~0°~90°,小盤仍然轉0°~360°,把大盤0°~90°和-90°~0°兩個范圍內(nèi)絕對值相等的角度上的照度值取平均值來作為0°~90°內(nèi)的值。
LED總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點是簡單易行,但測量精度不高。LED的總光通量計算方法如下,先計算離積分球入射窗口(入射窗口面積 A)1 距離上標準燈(光強值 I s)進入積分球內(nèi)的光通量Φs,Φs=I s · A /I 2
讀出接收器上的光電流信號i s,然后把LED置于窗口上,讀出相應的接收器光電流信號it,則LED的總光通量Φ為:
Φt=It/IsΦs·K 式中 K 為色修正系數(shù)。
光譜
發(fā)光二極管的光譜功率分布測量,目的是掌握LED的光譜特性和色度,再者是為了對已測得的LED的光度量值進行修正。
在測量LED光譜功率分布時,應注意以下幾點,一個是在與標準光譜輻照度進行比較時由于標準燈的光譜輻強度比LED強得多,為了避免這個問題,最好在標準燈前加一個中性濾光片,使它的光譜輻強度接近于LED。
LED的光譜寬度很窄,為了準確地描繪LED的光譜分布輪廓,最好采用窄帶波長寬度的單色儀進行測量,波長間隔為1nm為好。
按下式計算LED的光譜功率分布E t。
Etλ=Esλ·Itλ/Isλ
式中 i 是標準燈在波長 i 處的響應;E 是標準燈的光譜功率分布;i 是LED在波長λ處的響應。
LED的色坐標計算公式為:
x=∫Etλ·xλdλ
y=∫Etλ·ydλ
z=∫Etλ·ydλ
色坐標為:
x=X/(X+Y+Z)
y=Y/(X+Y+Z)
也可計算LED的主波長和色純度。
發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結構成,也具有單向導電性。它廣泛應用于各種電子電路、家電、儀表等設備中、作電源指示或電平指示。
發(fā)光二極管的主要特性表
* cd(坎德拉)發(fā)光強度的單位
藍色發(fā)光二極管性能要求
1.高可靠性特別像LED路燈的驅動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。
2.高效率LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結構,尤為重要。因為LED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降,所以LED的散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
3.高功率因素功率因素是電網(wǎng)對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大,但晚上大家點燈,同類負載太集中,會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源,據(jù)說不久的將來,也許會對功率因素方面有一定的指標要求。
4.驅動方式通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)點是成本低一點,但靈活性差,還要解決某個LED故障,不影響其他LED運行的問題。這兩種形式,在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
5.浪涌保護LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應,從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入,保護LED不被損壞的能力。
6.保護功能電源除了常規(guī)的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高。
7.防護方面燈具外安裝型,電源結構要防水、防潮,外殼要耐曬。
8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。
9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
藍色發(fā)光二極管原理特點
原理
它是半導體二極管的一種,可以把電能轉化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成,也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后,從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子,在PN結附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合,產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同,釋放出的能量越多,則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡,使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算:
R=(E-UF)/IF
式中E為電源電壓,UF為LED的正向壓降,IF為LED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導
體和N型半導體組成的晶片,在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層,稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓,少數(shù)載流子難以注入,故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。
以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無機半導體物料和所它們發(fā)光的顏色
LED材料 | 材料化學式 | 顏色 |
鋁砷化鎵 砷化鎵 砷化鎵磷化物磷化銦鎵 鋁磷化鎵(摻雜氧化鋅) | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 紅色及紅外線 |
鋁磷化鎵 銦氮化鎵/氮化鎵 磷化鎵 磷化銦鎵鋁 鋁磷化鎵 | InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 綠色 |
磷化鋁銦 鎵砷化鎵 磷化物 磷化銦鎵鋁 磷化鎵 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘紅色,橙色,黃色,綠色 |
磷砷化鎵 | GaAsP | 紅色,橘紅色,黃色 |
磷化鎵 硒化鋅 銦氮化鎵 碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 紅色,黃色,綠色 |
氮化鎵(GaN) | 綠色,翠綠色,藍色 | |
銦氮化鎵 | InGaN | 近紫外線,藍綠色,藍色 |
碳化硅(用作襯底) | SiC | 藍色 |
硅(用作襯底) | Si | 藍色 |
藍寶石(用作襯底) | Al2O3 | 藍色 |
硒化鋅 | ZnSe | 藍色 |
鉆石 | C | 紫外線 |
氮化鋁,氮化鋁鎵 | AlN AlGaN | 波長為遠至近的紫外線 |
白光LED
1993年,當時在日本Nichia Corporation(日亞化工)工作的中村修二(Shuji Nakamura)發(fā)明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的具有商業(yè)應用價值的藍光LED,這類LED在1990 年代后期得到廣泛應用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可產(chǎn)生白光,但白光LED卻很少是這樣造出來的。
現(xiàn)時生產(chǎn)的白光LED大部分是通過在藍光LED(near-UV,波長450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的,這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當LED芯片發(fā)出藍光,部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬(光譜中心約為580nm)的主要為黃色的光。(實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)由于黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體,再混合LED本身的藍光,使它看起來就像白色光,而其的色澤常被稱作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發(fā)并從1996年開始用在生產(chǎn)白光LED上。若要調校淡黃色光的顏色,可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce),甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式
做到。而基于其光譜的特性,紅色和綠色的對象在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那么鮮明。另外由于生產(chǎn)條件的變異,這種LED的成品的色溫并不統(tǒng)一,從暖黃色的到冷的藍色都有,所以在生產(chǎn)過程中會以其出來的特性作出區(qū)分。
另一個制作的白光LED的方法則有點像日光燈,發(fā)出近紫外光的LED會被涂上兩種磷光體的混合物,一種是發(fā)紅光和藍光的銪,另一種是發(fā)綠光的,摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會使黏合劑中的環(huán)氧樹脂裂化變質,所以生產(chǎn)難度較高,而壽命亦較短。與第一種方法比較,它效率較低而產(chǎn)生較多熱(因為StokesShift前者較大),但好處是光譜的特性較佳,產(chǎn)生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高,所以其效率雖比較第一種方法低,出來的亮度卻相若。
最新一種制造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發(fā)出藍光而基板會發(fā)黃光,混合起來便是白色光。
極性
發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極,應接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長,但管殼上有一凸起的小舌,靠近小舌的引線是正極。
LED單向導通性
LED只能往一個方向導通(通電),叫作正向偏置(正向偏壓),當電流流過時,電子與空穴在其內(nèi)復合而發(fā)出單色光,這叫電致發(fā)光效應,而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點。白光LED的發(fā)光效率,在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升,同時,在每千流明的購入價格上,也因為投入市場的廠商相互競爭的影響,而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途,但在技術上,LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈,是國家以后發(fā)展民用的去向。
特性
與白熾燈泡和氖燈相比,發(fā)光二極管的特點是:工作電壓很低(有的僅一點幾伏);工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發(fā)光);抗沖擊和抗震性能好,可靠性高,壽命長;通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點,發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源,在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀,用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數(shù)碼管,每個數(shù)碼管可顯示0~9,10個阿拉伯數(shù)字以及A,B,C,D,E,F(xiàn)等部分字母(必須區(qū)分大小寫)。
參數(shù)
LED的光學參數(shù)中重要的幾個方面就是:光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光強分布、波長。
發(fā)光效率和光通量
發(fā)光效率就是光通量與電功率之比,單位一般為lm/W。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性,這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個重要指標。
發(fā)光強度和光強分布
LED發(fā)光強度是表征它在某個方向上的發(fā)光強弱,由于LED在不同的空間角度光強相差很多,隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數(shù)實際意義很大,直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏,如果選用的LED單管分布范圍很窄,那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。
波長
對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良,而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下,比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格,不過據(jù)觀察我國的一些LED信號燈中綠色發(fā)藍,紅色的為深紅,從這個現(xiàn)象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。
藍色發(fā)光二極管光源特點
電壓
LED使用低壓電源,供電電壓在直流3-24V之間,根據(jù)產(chǎn)品不同而異,也有少數(shù)DC36V、DC40V等,所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源,特別適用于公共場所。
效能
消耗能量較同光效的白熾燈減少80%左右,較節(jié)能燈減少40%左右。
適用性
體積很小,每個單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于易變的環(huán)境
穩(wěn)定性
10萬小時,光衰為初始的50%
響應時間
其白熾燈的響應時間為毫秒級,LED燈的響應時間為納秒級
環(huán)境污染
不含有害金屬汞等
顏色
發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法,調整材料的能帶結構和禁帶寬度,實現(xiàn)紅黃綠藍橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小,顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。
價格
LED的價格越來越平民化,因LED省電的特性,也許不久的將來,人們都會把白熾燈換成LED燈。我國部分城市公路、學校、廠區(qū)等場所已換裝完LED路燈、節(jié)能燈等。
種類發(fā)展
最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP,發(fā)紅光(λp=650nm),在驅動電流為20毫安時,光通量只有千分之幾個流明,相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。
70年代中期,引入元素In和N,使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm),黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦。
到了80年代初,出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。
90年代初,發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦。
藍色發(fā)光二極管生產(chǎn)材料
LED五大原物料分別是指:晶片,支架,銀膠,金線,環(huán)氧樹脂
晶片
晶片的構成:由金墊,P極,N極,PN結,背金層構成(雙pad晶片無背金層)。晶片是由P層半導體元素,N層半導體元素靠電子移動而重新排列組合成的PN結合體。也正是這種變化使晶片能夠處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在晶片被一定的電壓施加正向電極時,正向P區(qū)的空穴則會源源不斷的游向N區(qū),N區(qū)的電子則會相對于孔穴向P區(qū)運動。在電子,空穴相對移動的同時,電子空穴互相結對,激發(fā)出光子,產(chǎn)生光能。主要分類,表面發(fā)光型: 光線大部分從晶片表面發(fā)出。五面發(fā)光型: 表面,側面都有較多的光線射出按發(fā)光顏色分,紅,橙,黃,黃綠,純綠,標準綠,藍綠, 藍。
支架
支架的結構1層是鐵,2層鍍銅(導電性好,散熱快),3層鍍鎳(防氧化),4層鍍銀(反光性好,易焊線)
銀膠(因種類較多,我們依H20E為例)
也叫白膠,乳白色,導通粘合作用(烘烤溫度為:100°C/1.5H)銀粉(導電,散熱,固定晶片)+環(huán)氧樹脂(固化銀粉)+稀釋劑(易于攪拌)。儲藏條件:銀膠的制造商一般將銀膠以-40 °C 儲藏,應用單位一般將銀膠以-5 °C 儲藏。單劑為25 °C/1年(干燥,通風的地方),混合劑25 °C/72小時(但在上線作業(yè)時因其他的因素“溫濕度、通風的條件”,為保證產(chǎn)品的質量一般的混合劑使用時間為4小時)
烘烤條件:150 °C/1.5H
攪拌條件:順一個方向均勻攪拌15分鐘
金線(依φ1.0mil為例)
LED所用到的金線有φ1.0mil、 φ1.2mil,金線的材質,LED用金線的材質一般含金量為99.9%,金線的用途
利用其含金量高材質較軟、易變形且導電性好、散熱性好的特性,讓晶片與支架間形成一閉合電路。
環(huán)氧樹脂(以EP400為例)
組成:A、B兩組劑份:
A膠:是主劑,由環(huán)氧樹脂+消泡劑+耐熱劑+稀釋劑
B劑:是固化劑,由酸酣+離模劑+促進劑
使用條件:
混合比:A/B=100/100(重量比)
混合粘度:500-700CPS/30 °C
膠化時間:120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘
可使用條件:室溫25 °C約6小時。一般根據(jù)產(chǎn)線的生產(chǎn)需要,我們將它的使用條件定為2小時。
硬化條件:初期硬化110 °C-140 °C 25 - 40分鐘
后期硬化100 °C*6-10小時(可視實際需要做機動性調整)
藍色發(fā)光二極管優(yōu)點
一、體積小
LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕。
二、電壓低
LED耗電相當?shù)?,一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。只需要極微弱電流即可正常發(fā)光。
三、使用壽命長
在恰當?shù)碾娏骱碗妷合?,LED的使用壽命可達10萬小時。
四、高亮度、低熱量
LED使用冷發(fā)光技術,發(fā)熱量比同等功率普通照明燈具低很多。
五、環(huán)保
LED是由無毒的材料構成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。
藍色發(fā)光二極管應用
在LED于20世紀60年代問世到80年代之前這10多年中,LED只有紅、黃、綠幾種顏色,發(fā)光效率很低(僅約1 lm/W),亮度比較低,而且價格高,人們只是將其用作電子產(chǎn)品的指示燈。從LED發(fā)展和應用歷程上看,這一時期為LED的指示應用階段。
1 交流電源指示燈
。該電路只要連接220V/50Hz的交流供電線路,LED就會被點亮,指示電源接通。限流電阻R的阻值為220V/IF。
2 交流開關指示燈
用LED作白熾燈開關指示燈的電路,當開關斷開燈泡熄滅時,電流經(jīng)R、LED 和燈泡EL形成回路,LED亮,方便人們在黑暗中找到開關。此時曲于回路中的電流很小,燈泡是不會亮的。當接通開關時,燈泡被點亮,而LED則熄滅。
3 交流電源插座指示燈
用雙色(共陰極) LED作交流電源插座指示燈的電路。插座的供電由開關S控制。當紅光LED亮時,插座無電;當綠光LED亮時,插座有電。
4 保險管座指示燈
LED用作工廠設備配電箱保險管座指示燈的電路。當保險管完好時,LED不亮;當保險管熔斷時,LED會被點亮,以指示用戶是哪一個熔斷器已被燒斷,以便更換。這對于用肉眼無法觀察好壞的瓷芯式熔斷器來說是非常方便的。