普通LED和大功率LED技术和工艺

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1、 本文由 chenmeng201011 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。普通 LED 和大功率 LED 技术和工艺上有什么不同？ 技术和工艺上有什么不同？大功率 LED 节能灯是 LED 节能灯的一种，相对于小功率 LED 节能灯来说，大功率 LED 节能灯单 颗功率更高，亮度更亮，价格更高。小功率 LED 节能灯额定电流都是 20mA，额定电流高过 20mA 的基本上都可以算作大功率。一般功率数有：0.25w、0.5w、1w、3w、5w、8w、10w 等等。主要亮 度单位为 lm（流明） ，小功率的亮度单位一般为 mcd。此两单

2、位无法换算。目前做为一个新兴的绿 色、环保、节能光源被广泛应用于汽车灯、手电筒、灯具等场所。 大功率 LED 节能灯之所以这样称呼,主要是针对小功率 LED 节能灯而言,目前分类的标准总结有三 种: 其中第一种是根据功率大小可分为 0.5W,1W,3W,5W,10W100W 不等,根据封装后成型产品的总的 功率而言不同而不同. 第二种可以根据其封装工艺不同分为:大尺寸环氧树脂封装、仿食人鱼式环氧树脂封装、铝基板 （MCPCB）式封装、TO 封装、功率型 SMD 封装、MCPCB 集成化封装等等 第三种可以根据其光衰程度不同可分为低光衰大功率产品和非低光衰大功率产品。 当然，由于大功率 LED

3、节能灯本身的参数比较多，根据不同的参数会有不同的分类标准，在此 不再类述。 大功率 LED 节能灯仍然属于 LED 封装产品里的一种，是让半导体照明走向普通照明领域里最重 要的一环。 在使用大功率 LED 节能灯时，必须了解光强分布、色温分布、热阻及显色性等问题 掌握 W 级大功率 LED 节能灯的光强分布图，是正确使用大功率 LED 节能灯所必需的。厂家一定 要向客户提供 LED 器件的各种参数指标 大功率 LED 节能灯的色温分布是否均匀，将直接影响照明效果；而且色温与显色指数是互相关 联的，色温的改变会引起显色指数的变化。 大功率 LED 节能灯的热阻直接影响 LED 器件的散热。热阻低

4、，散热越好；热阻高则散热差，这 样器件温升高，就会影响光的波长漂移。根据经验，温度升高一度，光波长要漂移 0.20.3nm，这 样会直接影响器件的发光质量。温升过高也直接影响 W 级大功率 LED 节能灯的使用寿命。 显色性是白光 LED 的重要指标，用于照明的白光 LED 的显色性必须在 80 以上LED 节能灯的工作原理及原理图LED 我做了一年多，驱动方面不难，网上资料也很多，你可以看看。我觉得对 LED 本身的了解更 为重要，只有摸清了它的脾气，才能设计出好的驱动来。前段时间去上海参加了国际 LED 技术展， 颇有收获，把 LED 原理方面的最新资料整理如下，但是贴不上图，希望对你有所

5、帮助： 1、LED 发光机理：PN 结的端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P 区和 N 区的 多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多，所以会出现大量电子向 P 区扩散， 构成对 P 区少数载流子的注入。 这些电子与价带上的空穴复合， 复合时得到的能量以光能的形式释 放出去。这就是 PN 结发光的原理。 2、LED 发光效率：一般称为组件的外部量子效率，其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的 乘积。所谓组件的内部量子效率，其实就是组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性（如 组件材料的能带、缺陷、杂质） 、组件的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组

6、件 内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后，实际在组件外部可测量到的光子数目。 因此，关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射 率差及组件结构的散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积，就是整个组件的 发光效果，也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率，主要方法是通 过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高 LED 的发光效率， 从而可获得 70%左右的理论内部量子效率，但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。 在这样的状况下，光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的

7、总光量的，因此提高组件的取 出效率便成为重要的研究课题。目前的方法主要是：晶粒外型的改变TIP 结构，表面粗化技术。 3、LED 电气特性：电流控制型器件，负载特性类似 PN 结的 UI 曲线，正向导通电压的极小变化会 引起正向电流的很大变化（指数级别） ，反向漏电流很小，有反向击穿电压。在实际使用中，应选 择 。LED 正向电压随温度升高而变小，具有负温度系数。LED 消耗功率 ，一部分转化为光能， 这是我们需要的。剩下的就转化为热能，使结温升高。散发的热量（功率）可表示为 。 4、LED 光学特性：LED 提供的是半宽度很大的单色光，由于半导体的能隙随温度的上升而减小， 因此它所发射的峰值

8、波长随温度的上升而增长，即光谱红移，温度系数为+23A/ 。LED 发光亮度 L 与正向电流 近似成比例： ，K 为比例系数。电流增大，发光亮度也近似增大。另外发光亮度也 与环境温度有关，环境温度高时，复合效率下降，发光强度减小。 5、LED 热学特性：小电流下，LED 温升不明显。若环境温度较高，LED 的主波长就会红移，亮度 会下降，发光均匀性、一致性变差。尤其点阵、大显示屏的温升对 LED 的可靠性、稳定性影响更 为显著。所以散热设计很关键。6、LED 寿命：LED 的长时间工作会光衰引起老化，尤其对大功率 LED 来说，光衰问题更加严重。 在衡量 LED 的寿命时，仅仅以灯的损坏来作为

9、 LED 寿命的终点是远远不够的，应该以 LED 的光 衰减百分比来规定 LED 的寿命，比如 35%，这样更有意义。 7、大功率 LED 封装：主要考虑散热和出光。散热方面，用铜基热衬，再连接到铝基散热器上，晶 粒与热衬之间以锡片焊作为连接，这种散热方式效果较好，性价比较高。出光方面，采用芯片倒装 技术，并在底面和侧面增加反射面反射出浪费的光能，这样可以获得更多的有消出光。8、白光 LED：类自然光谱白光 LED 主要有三种：第一种是比较成熟且已商业化的蓝光芯片+黄色 荧光粉来获得白光，这种白光成本最低，但是蓝光晶粒发光波长的偏移、强度的变化及荧光粉涂布 厚度的改变均会影响白光的均匀度，而且

10、光谱呈带状较窄，色彩不全，色温偏高，显色性偏低，灯 光对眼睛不柔和不协调。人眼经过进化最适应的是太阳光，白炽灯的连续光谱是最好的，色温为 2500K，显色指数为 100。所以这种白光还需要改进，比如加多发光过程来改善光谱，使之连续且足 够宽。第二种是紫外光或紫光芯片+红、蓝、绿三基色荧光粉来获得白光，发光原理类似于日光灯， 该方法显色性更好，而且 UV-LED 不参与白光的配色，所以 UV-LED 波长与强度的波动对于配出的 白光而言不会特别地敏感，并可由各色荧光粉的选择和配比，调制出可接受色温及演色性的白光。 但同样存在所用荧光粉有效转化效率低，尤其是红色荧光粉的效率需要大幅度提高的问题。这

11、类荧 光粉发光稳定性差、光衰较大、配合荧光粉紫外光波长的选择、UV-LED 制作的难度及抗 UV 封装 材料的开发也是需要克服的困难。 第三种是利用三基色原理将 RGB 三种超高亮度 LED 混合成白光， 该方法的优点是不需经过荧光粉的转换而直接配出白光， 除了可避免荧光粉转换的损失而得到较佳 的发光效率外，更可以分开控制红、绿、蓝光 LED 的发光强度，达成全彩的变色效果（可变色温） ， 并可由 LED 波长及强度的选择得到较佳的演色性。但这种办法的问题是绿光的转换效率低，混光 困难，驱动电路设计复杂。另外，由于这三种光色都是热源，散热问题更是其它封装形式的 3 倍， 增加了使用上的困难。

12、偏振 LED 和三波长全彩化的白光 LED 将是未来的发展方向。LED 照明设计需要注意的技术细节LED 照明灯具在近期得到飞跃的发展，LED 作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED 光源 使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低，因而在家庭照明都将得到海量的应用，欧司 朗光学半导体公司 2008 年调查统计，全球每年家庭照明灯座出货量约为 500 亿个。 LED 光源的技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，促使其逐年递减降价。以 1W LED 光源为例， 2008 年春的价格已是 2006 年春的价格三分之一， 2009 年春将降至 2006 年的四分之一。 LED 绿色灯具的海量

13、市场和持续稳定数年增长需求将是集成电路行业继 VCD、DVD、手机、MP3 之后的消费电子市场的超级海啸！ LED 灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。 LED 高节能：直流驱动，超低功耗(单管 0.03 瓦-1 瓦)电光功率转换接近 100%，相同照明效果 比传统光源节能 80%以上。 LED 长寿命：LED 光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分， 不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达 5 万到 10 万小时，比传统光源寿命 长 10 倍以上。 LED 利环保：LED 是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热

14、量低和无频 闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色 照明光源。 LED 光源工作特点： 光源工作特点： 照明用 LED 光源的 VF 电压都很低，一般 VF =2.75-3.8V，IF 在 15-1400mA；因此 LED 驱动 IC 的输出电压是 VF X N 或 VF X 1, IF 恒流在 15-1400mA。LED 灯具使用的 LED 光源有小功 率(IF=15-20mA)和大功率(IF200mA)二种，小功率 LED 多用来做 LED 日光灯、装饰灯、格 栅灯；大功率 LED 用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工

15、作灯等。 功率 LED 光源是低电压、大电流驱动的器件，其发光的强度由流过 LED 的电流大小决定，电流过 强会引起 LED 光的衰减， 电流过弱会影响 LED 的发光强度， 因此， LED 的驱动需要提供恒流电源， 以保证大功率 LED 使用的安全性，同时达到理想的发光强度。在 LED 照明领域，要体现出节能和 长寿命的特点，选择好 LED 驱动 IC 至关重要，没有好的驱动 IC 的匹配，LED 照明的优势无法体 现。LED 灯具对低压驱动芯片的要求： 灯具对低压驱动芯片的要求： 1. 驱动芯片的标称输入电压范围应当满足 DC8-40V，以覆盖应用面的需要，耐压如能大于 45V 更好；AC

16、 12V 或 24 V 输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动，特别是电压偏高时 输出直流电压也会偏高，驱动 IC 如不能适应宽电压范围，往往在电网电压升高时会被击穿，LED 光源也因此被烧毁。 2. 驱动芯片的标称输出电流要求大于 1.2-1.5A，作为照明用的 LED 光源，1W 功率的 LED 光源 其标称工作电流为 350mA，3W 功率的 LED 光源其标称工作电流为 700mA，功率大的需要更大 的电流，因此 LED 照明灯具选用的驱动 IC 必需有足够的电流输出，设计产品时必需使驱动 IC 工 作在满负输出的 70-90%的最佳工作区域。使用满负输出电流的驱动 IC 在灯具狭小空间散热不 畅，容易疲劳和早期失效。 3. 驱动芯片的输出电流必需长久恒定，LED 光源才能稳定发光，亮度不会闪烁；同一批驱动芯片 在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小，这样在大批量自动化生产 线上生产才能有效和有序；对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分 档，调整 PCB 板上电流设定电阻 (Rs)的