《LED照明设计基础》PPT课件.ppt

LED 照明设计基础 编制：宋宝星,LED照明设计基础,一: Led 基础知识简介 1. 定义、结构及分类 2. Led主要制作工艺及厂商简介 3. 大功率白光LED封装关键技术简介 4. 主要参数及特性 二：大功率LED灯具设计基础知识 1. LED及驱动电源的选择 2. 散热设计 3. 光学设计,定义,1.什么是LED（light emitting diode） LED 利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。它是一种用微弱的电能就能发光的高效固体光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。它的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片；在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。 注入式电致发光原理 在PN结中，注入的少数载流子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，从而把电能直接转换为光能。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关 。,结构,结构 发光二极管主要由PN结芯片、电极引脚和光学系统组成。,普通插件式LED结构图,结构,大功率贴片式LED结构图,分类,按光颜色分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。 2. 按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为3mm、5mm等,方形分为3528，5050灯。 3.从发光强度角分布来分有三类： 1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用。 2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。 3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590，散射剂的量较大。 4. 按安装方式，分为插件式（DIP）和贴片式（SMT)。 5. 按功率大小分为三种。普通LED(电流20MA且光效 8lm/W )，高亮度LED(光效 8lm/W，功率1W)和大功率LED (电流350MA或功率 1W)。 另外还有其他分类方法：如UV LED, Laser LED等。,外延片的生长(磊晶）在一块加热至适当温度的衬底基板（主要有蓝宝石 和、SiC、Si）上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定 单晶薄膜，目前外延片生长技术主要采用MOCVD或MOVPE（有机金属化学 气相沉积方法 ，Metal- Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD; 有机金属气相外延法, Metal- Organic Vapor Phase Epitaxy,简称 MOVPE）。 常见衬底基板、发光材料及外延技术对照表 加装电极及外延切割（制作芯片）利用真空镀及蚀刻技术在外延片上制作电极（P极，N 极）并用激光机切割LED外延片以制造成LED芯片 。 封装 就是把用金线将发光芯片电极引出,同时将发光芯片和金线保护起来的过程. 在这个过程中还能实现一些光学与热学的处理。,LED的制作工艺主要有以下三个过程,Led的制作工艺简介,现阶段全球主要LED厂商,全球主要LED厂商简介,大功率白光LED封装主要有以下关键技术,1. 散热技术 对于现有的LED光效水平而言，由于输入电能的80左右转变成为热量，且LED芯片面积小，因此，芯片散热是 LED封装必须解决的关键问题。目前，国内外的器件设计者和制造者分别在结构、材料以及工艺等方面对器件的热系统进行了优化设计，以降低LED的热阻例如。在封装结构上，采用大面积芯片倒装结构、金属线路板结构、导热槽结构、微流阵列结构等；在材料的选取方面，选择合适的基板材料和粘贴材料，用硅树脂代替环氧树脂。 LED封装热阻主要包括材料（散热基板和热沉结构）内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。,大功率白光LED封装关键技术简介,2. 高光效技术 包括白光技术、荧光粉技术和一次光学设计技术 2.1 白光技术：是决定LED白光特性的最重要的因数 。常见白光技术有以下三种： 蓝色芯片上涂上黄色荧光粉，蓝光激发荧光粉发出的黄绿光与蓝光合成白光。该方法相对简单，效率高，具有实用性。缺点是布胶量一致性较差、荧光粉易沉淀导致出光面均匀性差、色调一致性不好；色温偏高，显色性不理想。 RGB三基色多个芯片或多个器件发光混色成白光，或者用蓝+黄色双芯片补色产生白光。只要散热得法，该方法产生的白光较前一种方法稳定，但驱动较难。 在紫外光芯片上涂RGB荧光粉，利用紫光激发荧光粉产生三基色光混色形成白光。由于目前的紫外光芯片和RGB荧光粉效率较低，仍未达到实用阶段。,大功率白光LED封装关键技术简介,2.2 荧光粉技术 在白光LED的制备中，荧光粉是一个非常关键的材料，它的性 能直接影响白光LED的亮度、色坐标、色温及显色性等 。 选择荧光粉的标准是：荧光粉能被与之匹配的LED芯片有效激发； 并具有高的量子效率； 化学性质稳定。 目前在白光LED上被广泛商业应用的荧光粉有日亚专利的YAG和欧司朗专利的TAG。 YAG主要是Y3Al5O12:Ce以及其变化衍生物(例如在Al内加入Ga)，YAG比较容易做亮。 日亚专利写含Y、Al之石榴石，也就是只要含Y，主体为Y、Al石榴石就与其专利抵触。 TAG主要是Tb3Al5O12:Ce以及其变化衍生物，TAG比较难做亮。使用TAG是为避日亚专利,大功率白光LED封装关键技术简介,2.3 一次光学设计技术：把芯片封装成LED光电零组件时，进行的光学设计，以 解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分佈、色温的范围与分佈 ； 一次光学设计的目的是尽可能多的取出LED芯片中发出的光 。 二次光学设计是针对大功率LED照明来说的，一般大功率LED都有一次透镜，发光角度为120度左右。二次光学就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜或其他光学器件以改变它的光学性能，从而让整个灯具系统发出的光能满足设计需求。 3. 封装技术： 目前市场上主流的封