光是人类文明的象徵,而LED则是21世纪的新光源,LED非常符合现代理念:绿色、健康、环保、节能、寿命长。尽管LED相比白炽灯有著更强的适应性和使用寿命,但是在应用和使用时应当注意下面的要求,确保LED能稳定、长久的正常工作。
一、电压电流
1.不推荐并联使用LED,因为即使是同一型号,同一批次的LED工作电压都有一定差别,除非做好均流电路。
2.在安装超高亮白光LED时,要有防静电设施,因为受静电损伤的超高亮白光LED即使当时肉眼看不出来,也会降低使用寿命。
3.如果LED的工作电压变化0.1V,那么工作电流可能变化20mA左右。通常情况下使用串联限流电阻,也可以用简单的恒压电路,目的是做到自动限压限流,防止损伤LED。
4.普通LED的峰值电流为50~100mA,反向电压在6V左右,在LED应用时要注意设计电路时峰值电压和电流不要超过这个极限。(特殊的及高功率的除外)当电路的峰值电压过高时极有可能损坏LED。
二、焊接条件
1.烙铁焊接:
手工焊接用烙铁焊接时,要求使用少於25W(最高不超过30W)的烙铁,而且烙铁的温度必须保持不高於300℃,一般建议在260℃以。焊接时间不要超过3秒。
2.浸焊:
浸焊要求尖端温度260℃,浸焊时间不超过5秒,浸焊位置至少离胶体2毫米。
备注:.焊接后,等LED产品的温度下降到室温时再小心处理。不要使用硬物和尖锐物体刮、?、碰、挤、压LED。
三、安装方法
1.注意外线的排列,防止装错极性。
2.不要与发热元件靠得太近。
3.不要在引脚发生弯曲变形的情况下安装LED。
4.安装LED时,推荐用导套定位。
5.在焊接温度回到正常以前,不要让LED受到震动或外力。
四、元件清洗
在焊接后应当进行以下程式进行清洗。
1.清洗溶剂可以选用氟利昂TF或者酒精,或其他相似溶剂。
2.清洗温度控制在30秒最高50℃或者3分钟最高30℃,温度不过高。
3.当选用超声波清洗时,最大功率不要超过300W。
备注:用化学药品清洗胶体时要注意,因为像三氯乙烯、丙酮等会对胶体表面有损伤。可以使用乙醇擦拭、浸渍,但是也不要超过3分钟。
五、温度特性
根据LED的温度特性,温度上升5℃,光通量下降3%,无论冬季还是夏季使用时要注意LED工作温度和储存温度。
1.LED LAMPS 最低工作温度为-25℃最高为85℃ ,最低储存温度为-40℃最高为100℃。
2.LED显示幕 最低工作温度为-20℃最高为70℃,最低储存温度为-20℃最高为85℃ 。
3.室外LED 灯(OUT-DOOR LED LAMPS)最低工作温度为-20℃最高为60℃,最低储存温度为-20℃最高为70℃。
六、其他注意事项
在高温状态下裸露的SMD LED,不要挤压它的环氧树脂部分,或者用其他尖硬物体刮擦,因为Epoxy 是非常脆弱的,极易损坏。
LED作为一种发光效率高、节能、使用寿命长、易维护的光源,已经在很多夜景照明工程中得到应用。不过正是由於LED因其体积小、高亮度、PN结电特性等特点,所以目前在LED品质的评价方面有许多新的问题。评判一款LED的品质优劣,不能一概而论。因为在不同的应用场合,对LED产品的性能要求也不相同。比如用於显示的LED,看重的是其亮度、视角分布、颜色等参数。而用於普通照明的LED,则看重光通量、颜色、显色特性等参数。除此之外,我们要评判LED的品质优劣还要从光学、电学、和热学辐射安全和寿命等几方面的参数进行综合评价。
针对功率型LED的PN结温度从散热性能方面考虑
为了使LED获得较高的功率和发光效率,解决照明用功率型LED的PN结温度及壳体散热问题显得尤为重要。评判LED的热性能一般用热阻、壳体温度、结温等参数表示。
针对LED的不同应用场合从光学性能方面考虑
由於作为显示用的LED,注重的是视觉的直观效果,所以对色温和显色相关指数没什么特别要求。与其相反的是照明用的白光LED则十分注重相关色温和显色指数,因为这是营造照明气氛和效果的重要指标,但对色纯度和主波长一般没有特殊要求。目前各国正制定新的LED产业标准与测试方法,LED还可以从光通量、轴向发光强度、光束半强度角、光谱辐射带宽、辐射通量、发光效率、发光峰值波长、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数进行评判。
针对半导体发光二极体电气特性从LED的电性能方面考虑
LED的PN结电特性是单向非线性导电特性、低电压驱动以及对静电敏感等特点。不同于传统光源的电气特性,所以主要的测量参数包括正向驱动电流、正向压降、反向漏电流、反向击穿电压和静电敏感度等。
针对LED光源对生物或人体的辐射安全方面考虑
由於LED是窄光束、高亮度的发光元件,其辐射可能对人眼视网膜产生危害,所以,国际电工委员会IEC对於不同场合应用的LED规定了其有效辐射的限值要求和测试方法,这也是评判LED品质优劣的一个重要因素。其中,欧盟与美国把LED的辐射安全检测做强制性要求执行。
LED工作的可靠性和寿命的长短
尤其是LED作为LCD背光源和大萤幕中这两项指标就显得更加重要。我们所评价LED的寿命长短并不是指从使用到损坏的可用周期,而是指LED在额定功率条件下,光通量衰减到初始值的规定百分比时所持续的时间。所持续的时间越长,LED的寿命也越长。
提到影响LED的发光品质因素,在《浅谈影响白光LED发光效率的因素》一文中曾提到过影响LED发光品质的因素如下:
1.LED发光亮度的强弱和灯杯、金线是不会有影响的。因为影响发光亮度主要是由LED的晶片来影响的。现在市场上的LED大工厂和小工厂的亮度可以做到差别不大也正是这个原因。比如要把LUMILEDS的高档晶片做成和LUMILEDS一样亮度的产品也是没有问题的。
2. 影响LED的寿命长短,主要有几个方面来影响,包括静电、焊点、散热。这些因素都跟用的金线和灯杯有直接关系。
3.再者,影响LED产品发光品质的的另一部分就是一致性,这包括了:
a.角度,主要是偏角和角度大小不一致
b,亮度,这和用的晶片品质和灯杯的好坏有关,同时也和用的设备与人工有关,也跟采用的灯杯有关。
LED产业主要可以分成上、中、下游三类。上游为单晶片及其外延,中游为LED晶片加工,下游为封装测试以及应用。其中,上游和中游技术含量较高,资本投入密度大。从上游到下游,产品在外观上差距相当大。LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定,且磊晶占LED制造成本70%左右,对LED产业极为重要。
上游是由磊晶片形成,这种磊晶片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形,厚度相当薄,就像是一个平面金属一样。常见的外延方法有液相外延法(LPE)、气相外延法(VPE)以及金属有机化学汽相沉积(MOCVD)等,其中VPE和LPE技术都已相当成熟,可用来生长一般亮度LED。而生长高亮度LED必须采用MOCVD方法。上游磊晶制程顺序为:单晶片(III-V族基板)、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。
中游厂商根据LED的性能需求进行器件结构和制程设计,通过晶圆扩散、然后金属镀膜,再进行光刻、热处理、形成金属电极,接著将基板磨薄抛光后进行切割。依照晶片的大小,可以切割为二万到四万个晶粒。这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样,通常用特殊胶带固定之后,再送到下游厂商作封装处理。中游晶粒制程顺序为:磊晶片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。
下游包括LED晶片的封装测试和应用。LED封装是指将外引线连接到LED晶片的电极上,形成LED器件,封装起著保护LED晶片和提高光取出效率的作用。下游厂商封装处理顺序为:晶粒、固晶、粘著、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。
LED,即发光二极体,是一种能够将电能转化为可见光的半导体。与传统光源,如白炽灯和节能灯不同,LED采用电场发光和低压供电。它具有寿命长、光效高、光色纯、稳定性高、安全性好、无辐射、低功耗、抗震、耐击打等一家族优点,被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术。
LED的发展趋势,简单来说就是2个。
Lamp型LED亮度越来越高,每瓦流明的效率提高。
SMD型LED做得越来越薄,效率越好,降低成本。
进入20世纪90年代,随著氮化物LED的发明,LED的发光效率有了质的飞跃,而组成白光的重要原色蓝光,也在1992年由日本著名LED企业日亚化学的中村修二发明。这样整个可见光领域的单色LED已经完整,能够满足各种单色发光的应用场所。
影响LED产业发展最重大的变化,是高亮度白光LED的发明。自1997年白光LED发明后,专家对白光LED进入普通照明领域的可能进行了研究。作为光源,LED优势体现在三个方面:节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热来发光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯10%的能耗,相比萤光灯,LED也可以达到50%的节能效果。美国能源部有一个类似的预测,到2010年美国一半的白炽灯如果由LED取代的话,仅节约的电费就达到350亿美元。在使用寿命方面,LED采用固体封装,结构牢固,寿命达10万小时,是萤光灯的10倍,白炽灯的100倍。在环保方面,用LED交替萤光灯,避免了萤光灯管破裂外溢汞的二次污染。
从LED产业发展进程看,全球LED按销售额计目前最大市场是手机背光市场,随著手机销量增长的趋缓,以及手机OLED屏对TFT-LCD屏的渗透加深,全球LED的增速下降。由於技术进步带来的成本降低目前(乃至2010前)还不足以让LED全面进入一般通用照明市场,全球接下来的增长点将在笔记本、液晶电视的背光市场以及汽车内饰背光与车后灯市场。
未来LED产业的发展与竞争将取决於两方面:一是技术,包括提高发光效率、提高器件功率、降低成本的技术,方向上有现有技术路线的延伸,也有可能出现新的技术路线;也包括获得高品质产品的工艺技术,以及周边如照明系统设计及驱动晶片设计技术;二是规模,一方面是由於规模大可以降低成本;另一方面,化合物晶圆片与积体电路制造用的矽片很大不同在於即使同一片晶圆上制作出来的晶片效能也可能有较大差别,这对一致性要求比较高的应用领域(典型的如液晶面板背光)而言,一片晶圆上只有一部分符合要求,但对规模大的企业而言,其有多层次的市场结构,可以将不符合某一市场要求的晶片产品调配至另一市场,这样企业或公司总的产出效率得到充分提高。
一般LED的发光寿命很长,产品大多标明为100,000小时以上,但事实上LED的亮度是会衰减的,在运用一段时间后,亮度会衰捡到原本的一半或甚至更少。但所幸随著业界技术的进步,减少LED亮度衰减问题的方案很多。在生产过程中,选用如4元素LEC材料能够拥有较久的亮度衰减周期,而厂商使用的LED制程与成品究竟能耐用多久有很大的关系,配色也是LED厂的生产关键。
LED的使用寿命,比一般白炙灯泡的1,000小时、日光灯具的1万小时,LED使用寿命号称可达5万小时(但实际上要看搭配电子零件的寿命,如驱动IC、电源),大幅降低灯具替换的成本。这项特性帮助LED灯具在价格竞争上,有了将一般灯泡替换成LED的好理由,更可藉由这项优势,让许多原本因经济考量而不能全天开启的环境,藉由LED照明让公共或私人场所 更安全。比如说公共停车场、冰箱等等应用范围,美国最大零售业者威名百货(Wal-Mart),就已经将该公司的冷冻设备改采省电的LED产品。
LED较明显的缺点就是散热问题,不当的散热将导致LED灯具的光度与使用寿命衰减,所幸这部份藉由新技术的加持,渐渐也有了显著的改善。
借助全球性的能源短缺和环境污染状况,LED以其节能及环保的特点有著广阔的应用空间,在照明领域中LED发光产品的应用正吸引著世人的目光。一般来说, LED灯工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要,目前市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,效果并不理想。LED光源打造的LED 灯具,由LED、散热结构、驱动器、透镜组成,因此散热也是一个重要的部分,如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。
1、热量管理是高亮度LED应用中的主要问题
由於III族氮化物的p型掺杂受限於Mg受主的溶解度和空穴的较高启动能,热量特别容易在p型区域中产生,这个热量必须通过整个结构才能在热沉上消散; LED器件的散热途径主要是热传导和热对流;Sapphire衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加,产生严重的自加热效应,对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响。
2、热量对高亮度LED的影响
热量集中在尺寸很小的晶片内,晶片温度升高,引起热应力的非均匀分布、晶片发光效率和萤光粉激射效率下降;当温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明,元件温度每上升2℃,可靠性下降10%。当多个LED密集排列组成白光照明系统时,热量的耗散问题更严重。解决热量管理问题已成为高亮度LED应用的先决条件。
3、晶片尺寸与散热的关系
提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率,而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸;增大输入功率必然使结温升高,进而使量子效率降低。单管功率的提高取决於器件将热量从p-n结导出的能力、在保持现有晶片材料、结构、封装制程、晶片上电流密度不变及等同的散热条件下,单独增加晶片的尺寸, 结区温度将不断上升。