干貨！發(fā)光二極管的全面解讀

LED是Light Emitting Diode的縮寫(xiě)，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(shí)，美國(guó)無(wú)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(guó)通用電氣公司(GE)的Nick Holonyak Jr則開(kāi)發(fā)出可見(jiàn)光的紅色LED，當(dāng)時(shí)只能用于收音機(jī)指示燈，亮度極低。

經(jīng)過(guò)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(lán)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(xiàn)，大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)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(lái)。

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(wèn)世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λp=波長(zhǎng)650nm)，在驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)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(zhǎng)555nm)，黃光(λp=波長(zhǎng)590nm)和橙光(λp=波長(zhǎng)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(dá)到10流明/瓦。

90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開(kāi)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(dá)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(dá)到50流明/瓦。

下圖為L(zhǎng)ED發(fā)光二極管的電路符號(hào)，左側(cè)為正極，右側(cè)為負(fù)極。

一、LED分類

(1)LED按照發(fā)光顏色可以劃分為: 紅色、綠色、藍(lán)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(jué)，有點(diǎn)淡黃色，但不是黃色，好像黃昏時(shí)候的天空，中性白比暖白淺一點(diǎn)，正白就是正午的陽(yáng)光的顏色，冷白就是晴朗帶著白云的顏色，有點(diǎn)偏藍(lán)。

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

(3)按照色溫等級(jí)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

(4)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)。

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

(6)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(guó)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。

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

(9)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(lán)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(xì)節(jié)

殺傷力最強(qiáng)是285nm波長(zhǎng)

365-370NM為中紫光有殺傷力請(qǐng)勿直視

405-410為高紫光用于人民幣識(shí)別

345-410為植物栽培

(10)按照光強(qiáng)劃分：100MCD、200MCD、300MCD、500MCD、800MCD、1200MCD、3000MCD-12000MCD等。

光強(qiáng)的單位是CD,1000mcd=1CD。

(11)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。

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

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

汽車照明等級(jí)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(duì)LED要求相當(dāng)高，對(duì)LED芯片溫度需要承受130℃-150℃。

民用等級(jí)芯片溫度高于80℃以上會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)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(jí)：商業(yè)照明等級(jí)一般采用芯片溫度>105℃-130℃以上的芯片設(shè)計(jì)封裝成品LED，大都采用國(guó)際知名品牌的芯片封裝成成品的LED顆粒。

(13)按照國(guó)際品牌劃分：

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

臺(tái)系LED研制企業(yè)： 億光光電、晶元、光寶科技等。

國(guó)內(nèi)LED研制企業(yè)： 鴻利光電、木林森、長(zhǎng)方照明，德辰光電等。

(14)按照國(guó)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(huì)上發(fā)現(xiàn)唯有良信電器是自主研發(fā)驅(qū)動(dòng)電源，采用的是日本日亞的757系列LED。

二、LED制造過(guò)程

生產(chǎn)白光LED半導(dǎo)體二極管需要哪些材料：

(1) 半導(dǎo)體芯片

(2) 封裝支架

(3) 熒光粉

(4) 封裝膠水

(5) 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(lán)寶石沉底上用氮?dú)鈬娏苌L(zhǎng)出來(lái)的結(jié)晶芯片，國(guó)際上主要有這幾家可以生產(chǎn)芯片：日本日亞、美國(guó)CREE、美國(guó)普瑞、德國(guó)OSRAM、韓國(guó)首爾、馬來(lái)西亞統(tǒng)明亮DOMINANTtm，臺(tái)灣主要有：晶元、奇立、光寶等。

國(guó)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。

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

(3)熒光粉是白光LED主要材料之一，白光LED是用藍(lán)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(jià)格比較昂貴，好的熒光粉價(jià)格和黃金差不多價(jià)格。

(4)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(guó)際比較知名的品牌是：日本的信越膠水、道康寧膠水。

(5)金線主要作用是把芯片上面的正負(fù)極引出固定在支架的焊盤(pán)上面，金線制造工藝簡(jiǎn)單，國(guó)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(hào)，VF=電壓，IF=電流，RA=顯色指數(shù)，K為色溫，跟進(jìn)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(gè)元件來(lái)做一個(gè)電源驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)一只。

導(dǎo)線若干。

根據(jù)下面的原理圖制作一只簡(jiǎn)易的手電筒吧!