led应用技术教材

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1、总主编 陈振源,主 编 吴友明,项目一 认识LED,项目二 认知LED照明,项目三 LED屏幕显示系统的组装与调试,项目四 初识LED景观工程,项目五 理解LED标准,项目一 认识LED,项目描述,从了解LED的基本特征与分类作为入门，认识常见LED器件；由LED的内在特性分析进而了解普通LED、高亮度LED以及白光LED的性能及其应用前景。,知识目标,了解LED的基本特征,熟悉LED的工作条件,认识常见LED器件,返回,技能目标,掌握用万用表测试LED的方法,学会测试LED伏安特性,学会识别LED器件,任务,任务一 LED认识入门,1.LED的基本特征,（1）发光效率高,（7）环保,（2）使

2、用寿命长，响应快,（3）耗电量少,（4）体积小，结构牢固,（5）安全可靠性高，控制方式灵活,（6）高亮度，低热量,表1-1 LED与几种常见照明方式效能比较,一.LED的分类,（1）按波长和亮度分类,表1-2 LED按波长和亮度分类,（2）按产业分类 LED产业主要可以分成上游外延片生长、中游芯片制造、下游芯片封装三类。,上游外延片生长,表1-3 LED主要外延片生长技术,中游芯片制造,中游芯片制造时根据LED的性能需求进行器件结构和工艺设计，通过外延片扩散、 然后金属镀膜，再进行光刻、热处理、形成LED两端的金属电极， 接着将基板磨薄拋光后进行切割,下游芯片封装,下游把从中游来的芯片粘帖并焊

3、接导线架，经由测试、封胶、然后封装成各种不同的产品。,（3）按芯片材料分类,表1-4 LED芯片材料分类,（4）按封装结构和管芯数目分类,表1-5 LED结构特征,（5）按发光颜色分,LED发光颜色可分成 红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光和白光等。,（6）按出光面特征分,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。,(7)按结构分,LED按结构分有 全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。,（8）按发光强度和工作电流分,按发光强度和工作电流分，有一般亮度的LED（发光强度10mcd）；把发光强度在10100mcd间的

4、叫高亮度LED。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下。,（9）按显示屏分,表1-6 LED显示屏的分类,二、常见LED器件,1.常见LED器件形式,（1）单体LED,(a)椭圆LED,(b)普通LED,(c)食人鱼LED,( 2 )贴片式（SMD）LED,（a）全彩LED,(b) 白光LED,（3）LED点阵模块,（a）半户外点阵模块,（b）LED室内点阵模块,（c）单色LED点阵模块,(4)数码管,（a）8字型数码管,（b）三位数码管,（c）管数字点阵模块,(5)像素管,（b）方形像素灯,（a）圆形像素灯,2.常见的LED产品【图1-8 常见LED产

5、品（1）（10）】,（1） LED封装器件示例,（a）大功率贴片式灯珠,（b）LED球灯泡,（c）LED像素灯,（2） LED显示屏示例,（a）LED幕墙屏,（b）LED条屏,（c）LED显示屏（室内全彩）,（d）户外LED显示屏,（3） LED照明产品示例,（a）LED台灯,（b）LED路灯,（c）LED草地灯,（d）LED护栏管,（e）LED手电筒,（f）LED软条彩灯,（g）LED射灯,（h）LED闪光灯,（i）声光控LED灯,2.常见的LED产品【图1-8 常见LED产品（1）（10）】,（4） LED交通信号标志示例,（5） LED车尾灯,（7） LED 手机背光源示例,(a) LE

6、D穿孔字,(b) LED霓虹灯,(c) LED发光字,（9） LED笔记本,（10） LED电视,红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、 蓝光和白光等。,复习思考题,1LED的基本特征有哪些？,2LED按发光颜色分类有哪几种？,4. 试比较LED、白炽灯、荧光灯的能量转换效率，说明LED的节能效果。,3试列出几种常见的LED照明产品。,技能训练一,LED器件识别,1.实训目的 （1）认识LED的外形（出光面）特征； （2）识别普通LED、贴片LED的极性； （3）初步学会识别LED器件。,2.实训器材,3.实训内容与步骤,（1）插件式LED外形识别 逐一观察比较，区分不同外观的LED发

7、光二极管， 列表写出外观名称；将颜色相同的LED进行归类比较，记入列表中。,（2）目测法辨别插件式LED、SMD LED器件正负极,a.用眼睛来观察发光二极管，可以发现内部的两个电极一大一小。一般来说， 电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极，电极较大的一个是它的负极。,b.根据外形标记区分LED正负极,LED的管脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有凸起标志， 那么靠近凸起标志的管脚就为正极。 贴片式LED，俯视，一边带彩色线的是负极，另一边是正极。 有绿色点的SMD LED， 绿色点为负极，相对的为正极。,4.问题讨论,（1）如何从LED的外观辨别其正、负极性？,（2）查阅网络

8、相关资料，了解普通LED、贴片LED的 电流、电压、亮度、 颜色及用途等。,任务二 LED特性分析,一、LED的结构及发光原理,1.LED的结构,LED主要由支架、银胶、晶片、金线、 环氧树脂五种物料所组成。 LED的两根引线中较长的一根为正极，接电 源的正极；反之，较短的一根为负极，接电 源的负极。,图1-10 LED的结构,2.LED的发光原理,在某些半导体材料的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，发出可见光，紫外光或近红外光，从而把电能直接转换为光能,当LED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

9、出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。,选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的， 发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。,二、LED的参数,1.LED电参数 （1）正向工作电流IF （2）正向工作电压UF （3）反向电压UR （4）反向电流IR,3.LED光学特性参数 （1）发光强度 （2）光通量 （3）发光效率 （4）LED发光角度,2.LED极限参数 （1）允许功耗Pm （2）正向极限电流IFm （3）反向极限电压URm （4）工作环境温度topm,1,A,i(mA),u(v),2,0,-10,-20,-30,2,4,

10、6,正向截止区,工作区,反向截止区,B,C,D,反向击穿区,8,三、LED的特性与发光效率分析,1.LED的伏安特性,（1）正向特性 正向截止区 正向电流很小，LED呈 现很大的电阻，不发光。 正向工作区 LED正向导通并发亮,（2）反向特性 反向截止区 LED加上反向电压时，呈现很大的电阻。 反向击穿区 当反向电压增加某一数值时，出现击穿现象。,LED的UI特性具有非线性、整流性质（单向导电性），即外加正偏压表现低电阻，反之为高电阻。,2.LED光特性分析,LED光特性主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性以及光谱参数等。,从测量的角度看，光通量的测试一般采用积分球

11、法。在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。光强分布由探测器测试，光谱功率特性可由光谱功率分布表示。,3.LED的发光效率分析,影响发光效率主要因素有内部量子效率与光提取效率。,内部量子效率与组件本身特性如组件材料能带、缺陷、杂质及组件 外延组成及结构等相关。,影响LED光提取效率因素包括LED电特性、LED芯片取光效率、 与LED封装效率。,复习思考题,1LED主要由 、 、 、 、 五种物料所组成。,2LED在正向导通时能发光，光的强弱与 有关，光的颜色与 有关。,3LED的伏安特性具有 性、 性。,4. 影响

12、LED发光效率主要因素有 效率与 效率。,技能训练二,LED伏安特性的测试,1.实训目的,（1）提高LED伏安特性的感性认识，包括正向电流、正向压降、反向电流、 反向压降； （2）熟悉LED的工作条件，正确、安全的使用LED； （3）通过电学特性的测量，认识LED的发光机理。,2.实训器材,表1-8 LED伏安特性测试实训器材,3.实训内容与步骤,（1）正向特性曲线的测量,图1-12 正向特性曲线测量电路,被测器件用红光LED，利用逐点测量法，调节电位器改变输入电压Ui，从而给LED加 上不同的电压UF，测量不同电压时，流过LED对应的电流IF，将结果记入表1-9中。,表1-9 LED正向特性

13、测量记录,（2）反向特性曲线的测量,将电源正负极互换如图1-13所示。测量二极管两端电压UF和对应流过二极管的 电流IF，将结果记入表1-10中,图1-13 反向特性曲线测量电路,表1-10 LED反向特性测量记录,（3）根据上述测量的数据，逐点描绘出LED的伏安特性曲线。,（4）将被测器件换成白光LED，按上述步骤操作测量，记录数据并绘制曲线。,4.注意事项,（1）发光二极管是非线性元件，为了避免烧坏发光二极管和仪表，对于红光LED要求 测量时，从电流值为7.00mA所对应的电压开始测量，然后降低电压，测量每一点； 对于白光LED测量时，要求从电流值为20.00mA所对应的电压开始测量，然后

14、降低电压， 测量每一点。,（2）正确连接分压电路及选择滑动头的初始位置。,（3）正向伏安特性的测量采用电流表外接，反向伏安特性的测量采用电流表内接。,（4）正确理解电表量程的变换及有效数字的读取。,5.问题讨论,（1）比较实验中两种二极管的特性曲线有何区别？,（2）发光二极管正常工作的条件是什么？应如何确定？,（3）定性地分析对电表的接入所造成的误差。,技能训练三,LED的电光转换特性测试,1.实训目的 （1）了解LED电流注入功率与辐射功率的关系及其测方法； （2）了解LED的辐射（发光）效率。,2.实训器材,表1-11 LED电光转换特性测试实训器材,3.测量原理图,图1-15 LED的P

15、I曲线测量电路,4.实训内容与步骤,（1）将待测红光LED接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板 “LED/LD驱动”部分的“正向电压”端口，将胶木模块固定在转台导轨上。,“电压测量”的正负端分别接到电压表的“20V+”和“-”端，电压表量程选择20V。,“电流测量”的正负端分别接到电流表的“200mA+” 和“-”端，电流表量程选 择200mA。,将探测器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使探测器离转台最近， 移动转台导轨上的胶木模块，使LED尽量靠近探测器探测器。,探测器信号输出的红色插头插入控制面板“3”孔，黑色插头插入“2”孔，“4”“5” 之间插入10K电阻。,（2） 打开

16、“LED/LD驱动”开关，缓慢增加LED的正向电流，记下正向电压、电流， 填入表1-12中。通过计算机读出相应的功率读数，计算机软件会显示所得到的 数据和图表。,表1-12 P-I特性测试记录,（3） 实验结束把旋钮回复至初始位置，关闭电源。 （4）根据记录的表格计算LED的辐射效率=P/IU。,5.问题讨论 （1）比较辐射效率和发光效率这两个物理概念。 （2）分析测量结果光功率和辐射效率偏低的原因。,任务三 认识高亮度LED,一、高亮度LED 1.高亮度LED的特点 高亮度 LED具有高度的可靠性，发光强度、发光效率高，长寿命、省电、耐震、低电 压驱动等优点。,（a）各色高亮度LED,（b）高亮度白光LED,(c) 高亮度红色LED,（d）高亮度LED芯片,图1-16 高亮度LED的外观,图1-17 LED芯片内部结构,（a）GaN基蓝绿光LED芯片,（b）GaN基高亮