發(fā)光二極管的全面解讀

　　LED是Light Emitting Diode的縮寫，中文含義是：發(fā)光二極管，LED也是二極管的一種，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能下面看看它的工作原理：

　　在1955年時，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的Rubin Braunstein發(fā)現(xiàn)了砷化鎵（GaAs）與及其他半導(dǎo)體合金的紅外線放射作用，而1962年美國通用電氣公司（GE）的Nick Holonyak Jr則開發(fā)出可見光的紅色LED，當(dāng)時只能用于收音機指示燈，亮度極低。

　　經(jīng)過近30年的發(fā)展，到1993年日本的日亞化學(xué)研制出在氮化鎵（GaN）全球首顆藍色發(fā)光二極管，為三基色奠定了雄厚的基礎(chǔ)，也為以后研制白光 LED做出巨大貢獻，大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。然而照明需用的白色光LED僅在2000-2005年以后才發(fā)展起來。

　　最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=波長650nm），在驅(qū)動電流為20mA時，光通量只有千分之幾個流明，相應(yīng)的光視效能約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=波長555nm），黃光（λp=波長590nm）和橙光（λp=波長610nm），光視效能也提高到1流明/瓦。

　　到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光視效能達到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的光視效能得到大幅度的提高。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）的光視效能可以達到50流明 /瓦。

　　下圖為LED發(fā)光二極管的電路符號，左側(cè)為正極，右側(cè)為負極。

　　一、LED分類

　　（1）LED按照發(fā)光顏色可以劃分為： 紅色、綠色、藍色、黃色、白色。

　　在白色里面還可以劃分為：暖白、中性白、正白、冷白。

　　暖白含義就是：比較溫暖的感覺，有點淡黃色，但不是黃色，好像黃昏時候的天空，中性白比暖白淺一點，正白就是正午的陽光的顏色，冷白就是晴朗帶著白云的顏色，有點偏藍。

　?。?）LED按照電壓等級劃分：黃色、紅色，一般為：1.8-2.2V。白、藍、綠顏色，一般為：3.0-3.8V。

　?。?）按照色溫等級劃分：暖白為：2700-3500K。

　　中性白： 4000-4500K

　　正白為：5000-6000K

　　冷白為：》7000K

　　K為色溫的單位

　?。?）按照封裝方式劃分： 直插式 LED（DIP），如：圓頭LED，草帽LED等。

　　貼片式 LED（SMD）如：3528、5050、5730等。

　　集成封裝LED（COB）。

　　倒裝封裝LED（FLIP-CHIP）。

　?。?）按照電流等級劃分： 20mA（0.06W） 30mA（0.1W） 150mA（0.5W） 350mA（1W） 700mA（3W）。

　?。?）按照顯色指數(shù)劃分： 60RA、70RA、80RA、85RA、90RA、95RA，RA為顯色指數(shù)的單位，顯色指數(shù)越高證明LED光的失真越小。

　　90-95RA的LED一般用于醫(yī)療照明和軍工照明航空照明產(chǎn)品。

　　80-85RA的LED一般用于高端商業(yè)照明，如國內(nèi)的常州良信電器，都采用80-90RA。

　　（7）按照功率劃分.06W、0.1W、0.2W、0.5W、0.8W、1W、2W、3W、5W、10W、15W、20W、30W、40W、50W、100W等。

　?。?）按照發(fā)光角度劃分：15°、25°、30°、45°、60°、120°。

　?。?）按照發(fā)光顏色波段劃分：

　　620-625NM為紅光RED

　　590-595NM為黃光YELLOW

　　470-475NM為藍光BLUE

　　520-525NM為綠光GREEN

　　250-265為低紫光這些紫外光可以殺死水中的細節(jié)

　　殺傷力最強是285nm波長

　　365-370NM為中紫光有殺傷力請勿直視

　　405-410為高紫光用于人民幣識別

　　345-410為植物栽培

　?。?0）按照光強劃分：100MCD、200MCD、300MCD、500MCD、800MCD、1200MCD、3000MCD-12000MCD等。

　　光強的單位是CD，1000mcd=1CD。

　?。?1）按照光的亮度劃分： 有1LM紅光，1-2LM黃光，3-5LM綠光，6-7LM白光，10-20LM白光，50-55LM白光，100-120LM單顆白光，120-170LM單顆白光等。

　　光的亮度單位是：LM即為流明每瓦，白熾燈每瓦亮度一般是8-10LM，節(jié)能燈亮度一般是每瓦60-70LM，LED每瓦亮度一般是80-120LM。流明是單位面積內(nèi)的最大亮度。

　?。?2）按照使用環(huán)境等級分：民用等級、醫(yī)療與商業(yè)照明等級、汽車照明等級。

　　民用等級主要遍布在廣東中山古鎮(zhèn)、 商業(yè)照明與醫(yī)療等級主要遍布在華東市場。

　　汽車照明等級主要用戶在汽車尾燈、汽車日間行車燈，汽車大燈，高位剎車燈等。

　　對LED要求相當(dāng)高，對LED芯片溫度需要承受130℃-150℃。

　　民用等級芯片溫度高于80℃以上會出現(xiàn)嚴重的光衰減，甚至出現(xiàn)芯片燒壞，死燈現(xiàn)象。

　　商業(yè)照明等級：商業(yè)照明等級一般采用芯片溫度》105℃-130℃以上的芯片設(shè)計封裝成品LED，大都采用國際知名品牌的芯片封裝成成品的LED顆粒。

　?。?3）按照國際品牌劃分：

　　國際LED研制企業(yè)：日本日亞化學(xué)、德國OSRAM、美國CREE，韓國首爾等。

　　臺系LED研制企業(yè)： 億光光電、晶元、光寶科技等。

　　國內(nèi)LED研制企業(yè)： 鴻利光電、木林森、長方照明，德辰光電等。

　?。?4）按照國內(nèi)知名LED應(yīng)用企業(yè)劃分

　　常州良信電器、TLC照明、江蘇明朗照明、三雄極光等。

　　筆者在展會上發(fā)現(xiàn)唯有良信電器是自主研發(fā)驅(qū)動電源，采用的是日本日亞的757系列LED。

　　二、LED制造過程

　　生產(chǎn)白光LED半導(dǎo)體二極管需要哪些材料：

　?。?） 半導(dǎo)體芯片

　?。?） 封裝支架

　?。?） 熒光粉

　?。?） 封裝膠水

　?。?） 金線

　　（1）半導(dǎo)體芯片是LED生產(chǎn)的主要材料，芯片通常都比較小，單位用英制mil表示，1mm=40mil，像市面上常用2835LED 22-24LM光通量尺寸一般為9×20mil，9×22mil，23-25LM 芯片一般為：9×26mil，26lm，一般為11×28mil，是利用氮化鎵固定在藍寶石沉底上用氮氣噴淋生長出來的結(jié)晶芯片，國際上主要有這幾家可以生產(chǎn)芯片：日本日亞、美國CREE、美國普瑞、德國OSRAM、韓國首爾、馬來西亞統(tǒng)明亮DOMINANTtm，臺灣主要有：晶元、奇立、光寶等。

　　國內(nèi)主要有：清華同方、華燦光電、三安光電等，生產(chǎn)芯片的設(shè)備為MOCVD。

　?。?）封裝支架就是：固定芯片的本體包含焊盤外殼在內(nèi)，封裝支架制造工藝簡單，國內(nèi)已經(jīng)成熟穩(wěn)定，在國際上質(zhì)量比較好的如：日立化學(xué)、CERR等。

　?。?）熒光粉是白光LED主要材料之一，白光LED是用藍光芯片加入熒光粉調(diào)制成不同色溫的白光LED，熒光粉主要生產(chǎn)廠家為：日亞、豐田合成、英特美，熒光粉價格比較昂貴，好的熒光粉價格和黃金差不多價格。

　?。?）封裝膠水：主要是混合熒光粉與固定芯片作用，好的膠水，LED光衰很低。

　　國際比較知名的品牌是：日本的信越膠水、道康寧膠水。

　?。?）金線主要作用是把芯片上面的正負極引出固定在支架的焊盤上面，金線制造工藝簡單，國內(nèi)已經(jīng)成熟穩(wěn)定。

　　三、單顆LED技術(shù)參數(shù)

　　5730（SMD），VF=3.0-3.2V，IF=150MA，RA=70，6000-6500K

　　5730為型號，VF=電壓，IF=電流，RA=顯色指數(shù)，K為色溫，跟進電壓電流可以算出功率=0.5W。

　　下面我們用一節(jié)鋰電池和幾個元件來做一個電源驅(qū)動一顆LED。

　　自備材料： 18650，3.7V，500-1000mA，內(nèi)阻《50毫歐，鋰電池一節(jié)。

　　2835貼片， 3V，60mA，0.2W，6000-6500K，RA-70，參數(shù)的LED 1只。

　　35Ω，1/4W，色環(huán)電阻一只。

　　普通的波段開關(guān)一只。

　　導(dǎo)線若干。

　　根據(jù)下面的原理圖制作一只簡易的手電筒吧！