第一章LED封装概述.ppt

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第一章LED封装概述

LED优点 高光效 高节能 光源方向性好 光色多 安全性高 环保 寿命长 光源快速响应 灯具结构合理 运行成本低 1.1 LED的基本概念 一、LED基本结构和发光原理 1.LED的结构 2.LED芯片结构 LED芯片有单电极芯片结构和双电极芯片结构。 芯片是单电极还是双电极取决于芯片结构。 二元(GaAs)、三元(GaAsP)、四元(AlGaInP)、SiC材料的采用单电极结构。 蓝宝石衬底的,采用双电极结构。 3.LED工作原理 LED特性 LED的电学特性 LED的光学特性 LED的热特性 二、LED的常用性能指标 1、LED电学参数 (1)LED电参数 正向工作电流IF:指LED正常发亮时的正向电流值。 正向工作电压UF:指通过LED的正向电流为正向工作电流时,在二极管两极间产生的电压降。 红黄绿的电压是1~2.4V;白、蓝、翠绿的电压是2~3.6V。 反向工作电压UR:被测发光二极管器件通过的反向电流为确定值时,在两极间所产生的电压降。 反向电流IR:加在发光二极管两端的反向电压为确定值时,流过发光二极管的电流。 (2) 极限参数的意义 允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。 正向极限电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 反向极限电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。 2、LED光特性分析 ②发光强度: 简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装,由于凸透镜的作用,故都具有很强指向性:位于法向方向光强最大,其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度,光强也随之变化。 发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。 发光强度的角分布θ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺,透镜的材料,透镜的曲率,芯片周围的反光杯。 ③发光效率: 是指每瓦电功率能发多少流明的光。通常来说,光效越高越省电,越节能。 LED理论上最大光效:683lm/W; 白炽灯光效:6~12lm/W; 荧光灯光效:60~100lm/W。 LED光特性 发光效率 LED效率有两种 内部效率:pn结附近由电能转化成光能的效率。内部效率只用来分析和评价芯片优劣的特性 外部效率:辐射到外部的效率。 发光效率:辐射出光能量(发光量)与输入电能之比量子效率 η=发射的光子数/pn结载流子数 流明效率:LED的光通量/外加耗电功率 流明效率是评价具有外封装LED特性,LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大,故也叫可见光发光效率。 理论计算中,最大的流明下来率为683lm/W。同此相比,LED未来的发展前景很广阔。 LED光特性 品质优良的LED要求向外辐射的光能量大,向外发出的光尽可能多,即外部效率要高 . LED向外发光仅是内部发光的一部分,总的发光效率应为η=ηiηcηe , ηi向为p、n结区少子注入效率 ηc为在势垒区少子与多子复合效率 ηe为外部出光(光取出效率)效率。 LED光特性 由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时(无环氧封装)若垂直入射,被空气反射,反射率为(n1-1)2/(n1+1)2=0.32,反射出的占32%,鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。 LED光特性 如何提高外部出光效率ηe? 1.用折射率较高的透明材料覆盖在芯片表面 2.把芯片晶体表面加工成半球形 3.用Eg半导体化合物能隙大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽,可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。 LED光特性 ⑤发光峰值波长及其光谱分布 LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布等。单色LED的光谱为单一波峰,特性以峰值波长和带宽表示,而白光LED的光谱由多种单色光谱合成。 LED的光谱特性都可由光谱功率分布表示,而由LED的光谱功率分布还可计算得到色度参数。 LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同,绘成一条分布曲

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