LED灯具技术

全面剖析LED灯具技术（组图）

编者按：LED是英文light emitting diode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由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。

LED照明技术的原理

LED是英文light emitting diode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由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。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，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种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。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。打个比方，LED就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼”，而上下的电极就是夹肉的面包。而通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件，但是无论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发生太大的变化。

LED光源的优点

红光LED 白光LED统光源，因此自60年代诞生以来，得到了长足的发展和应用。而相对于白炽灯、荧光灯等老一代发光设备，LED的优点主要体现在以下几个方面：1.LED在结构上没有玻璃外壳，不需要想白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体，因此抗震、抗冲击性良好，给生产、运输、使用各个环节带来便利。

作为一种出现时间最晚的照明技术，LED的优点不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等

2.LED元件的体积可以做的非常小，更加便于各种设备的布置和设计。

3.LED的发出的光线能量集中度很高，集中在较小的波长窗口内，纯度高。

4.LED元件的寿命非常长，普遍在5万-10万小时之间，即使是频繁的开关，也不会影响到使用寿命。

5.LED响应时间非常快，在微秒级别。

6.LED的发光指向性非常强，亮度衰减比传统光源低很多。

7.LED在生产过程中不要添加“汞”，非常环保。

8.LED使用低压直流电即可驱动，对使用环境要求较低。

LED发光设备的这些优点，不仅为其在日常照明领域的广泛应用奠定了坚实基础，也为LED进入显示设备领域打造了一条充满希望的道路。

不过，LED并不是从一开始就拥有如此之多的优势，也是经过了一段较长时间的发展，下面我们就去看看LED从诞生到现在所经历过的发展变迁之路。

LED照明技术的发展历程

在LED刚刚出现的时候，其发光的颜色和效率都比较低。当时主要使用的发光材料是“GaAsP”，驱动电流在20mA，只能发出红色的光，而且发光效率只有0.1流明/瓦，因此亮度仅仅能够满足一些仪表、电器上的指示之用，并没有得到广泛的使用和注意。

而在随后的几十年里，一些新的发光材料被逐步引入到LED当中，LED逐渐开始显露出强劲的发展后劲。在70年代中期，通过引入元素In和N，使得 LED可以发出波长为555纳米的绿光、波长为590纳米的黄光和波长为610纳米的橙光，同时发光效率也提高到了1流明/瓦。到了80年代初，又出现了使用GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。而进入90年代后，能发出红光、黄光的GaAlInP和发出绿光、蓝光的 GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙色光区域(波长615纳米左右)的光效达到 100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域(波长为530纳米)的光效也可以达到50流明/瓦。不仅超过了传统的白炽灯，而且和发光效率较高的荧光灯已经非常接近。而按照材料科学的发展速度，发光效率能达到200流明/瓦的LED也将在较快的时间内问世。

而在LED发光技术的发展史上，白光型LED的出现，则成为LED进入快速发展阶段的重要突破。在上世纪末，受到荧光灯发光原理的启发，LED厂家通过在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光的LED发光元件。此外，通过采用不同的荧光粉，可发出色温为4500～10 000K及色温为2850～3800K的多种白光LED，也让白光LED具备了成为新一代照明设备的能力。目前，白光LED的发光效率大都已超过30流明 /W，某些产品已超过50流明/W的水平，具备了正式大规模实用化的基础。经过这么多年的发展，LED照明发光技术已经便成为一种相对成熟的事物，市面上不仅有能发出各种色彩的LED产品，也出现了大量可以用于直接照明的LED 产品，此外，在显示领域，LED产品也经历了从单色到彩色，从低分辨的文字到高分辨率图像显示的进化过程，正在日益影响着我们的生活和工作。

白炽灯、荧光灯和LED灯光效率的发展趋势

由于LED在最初是被当作一种发光元件而生产的，因此，LED技术生来就和光明结下了不解之缘。而目前存在的各种LED产品，也可以按照用途的不同，大致可以分为：LED指示/照明设备和LED显示成像设备两大类。

LED照明设备

LED的最大价值还是体现在照明领域。由于LED发光技术全面超越传统光源，因此许多人都看好未来LED在照明市场的机会，根据据CIR预测，全球LED市场将从2004年的 32亿美元，增长至2008年的56亿美元，其中，高亮度LED市场产值将由16亿美元增至26.4亿美元，超高亮度LED市场则将从2006年起快速成长，并于2008年占到全球市场22%的份额。

而令LED拥有如此广阔之商业运营前景的最关键原因，则在于其高度节能的独特特性。作为第三代半导体照明材料，LED的寿命是普通白炽灯的100倍，耗能却远比白炽灯小，更换成本也更低，并具备体积小、安全、无污染、免维护、响应速度快等附属优点。由于体积小、配置灵活，理论上LED照明设备可以做成任意想要的形式。因此可以预见，在未来照明市场上，LED光源将成为人们的新宠。

只要将包打开，内置的LED灯泡就会自动点亮，LED用途其实很广泛

LED成像设备

在90年代中期，伴随着高发光效率LED元器件的成熟，市场开始出现了一种新型的显示设备——大屏幕LED显示器，在各种公共场合，例如车站、证券交易大厅、我们都能看到这种LED显示设备。最初的LED显示设备原理比较简单：将每一个可以发出单色光的LED元件作为显示设备的像素点，通过控制每一个像素点的亮于灭，来实现文字或者简单图像的显示。这种设备是所有LED显示设备中最易实现、成本最低的产品，但是因为长寿命、高亮度，至今仍在很多场合得到使用。例如北京的大部分公交车和地铁上，都有LED的提示器，可以滚动显示各种文字信息、站名、时间等等

除了比较初级的LED电子显示屏，还有一种比较常见的LED显示设备，那就是用于组建大尺寸显示的模块化彩色LED显示屏。

这种模块化的LED显示设备，主要是用来满足永久或者临时性的大面积显示的需要。例如

在一些演唱会、晚会、发布会的现场，为了更好的烘托的气氛，就需要一整块当作背景使用的显示设备，而在LED显示器出现以前，这几乎是一个不可能完成的任务。而在户外显示方面，传统的霓虹灯虽然亮度较好，也可以做出非常漂亮的效果，但是充其量也只是灯具而不是显示设备，不能实现多样化并且灵活的显示功能，也受到了越来越多广告主的不满，因此模块化大屏幕LED显示屏的出现，正好满足了他们的需求。

正是基于这种需要，这种 LED显示设备采用了模块化设计，一般一个矩形模块的大小在0.25平米-1平米之间，通过若干模块的排列组合，可以组建出各种尺寸的显示面积。除了组装成面积不等的平面显示器，通过合理的设计，还可以利用LED屏搭建出立体的显示器，例如可以做成一个6面同时显示的立方体显示器，并且通过屏幕控制装置，实现6面独立显示或者整体显示的效果，使用起来非常灵活。

和基本的LED显示设备不同的是，模块化LED可以显示出完整的全彩色图像，在一定的观看距离上，观众可以得到接近传统显示器的图像效果，而这主要得益于它的像素结构。从微观上看，模块化LED显示设备采用了和平板电视非常类似的像素结构，即每一个像素点都是由可以发出R/G/B单色光的LED元件组成，通过3种原色的排列组合，每个像素就可以发出各种色彩的光。U2 vertigo演唱会中使用到的LED显示屏，由于点距较大，所以图像较粗糙。

由于定位于大面积显示，所以模块化LED 显示屏的每个像素之间的距离要比电视机、显示器等设备大很多。因此在这类设备上，并不像一般显示设备那样用分辨率来表示清晰度，而是用每个像素点之间的点距来表示。通常来说，用于室内的LED屏一般的点距在10毫米之内，8毫米属于中等偏上，而6毫米的则是效果最好的产品，不过相应的售价也比较高。室外用 LED屏的点距则要大不少，一般有10毫米、16毫米等规格，但是室外屏在防水防尘效果上要好于

室内屏。

近几年，模块化LED显示屏在全球范围内都得到了非常广泛的应用，其超高的显示亮度、灵活的搭配方式得到了绝大多数人士的认可，已经成为户外显示设备的主力品种，并且在活动、演出、展览展示等行业得到了广泛的应用。

LED在照明领域面临的问题：

(1)首先是发光效率问题。提高LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与LED芯片的结构和制造工艺。由于这部分工作需要强大的理论研究基础和先进的半导体工艺设备，因此要实现200流明/瓦的目标路途依然比较艰难。

(2)高功率问题。作为照明，单个LED输出的光通量必须足够大，欲加大LED的光通量，首先必须注入足够的电功率。但LED芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。显然，设计较大输入功率的LED器件和灯具，除需用面积较大的芯片外，还必须有良好的散热结构。现在国外一些著名公司已设计研制了一些特殊的LED器件结构，并已获得了较好的效果。

(3)由于LED照明需由多个LED管组成，其参数离散性也是一个技术问题。除了通过预选、分类，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构(包括LED的排列和位置布局)和研究合适的驱动电路，防止偶尔产生的能量集中而烧毁部分LED。

(4)此外，由于多个LED组成一只照明灯具时，免不了对LED进行并联、串联。而在使用过程中只要有一个LED短路或开路，都将会导致整小片或整条LED熄灭，影响照明效果。为此，必须研究简单而廉价的保护电路，使这种不良影响降至最低限度。

LED在显示技术领域面临的问题： (1)和在照明领域遇到的主要问题一样，LED在作为新型背光源的同时，也面临着发光效率的问题。目前传统CCFL冷阴极荧光灯虽然耗电量大、发光质量一般，但是其发光效率可达到50～100流明/瓦，而白光LED器件在刚起步时发光效率仅为20lm/W甚至更低，这就注定LED在开始时并不适合作为 LCD显示器的背光源。不过，白光LED的发光效率以每年提高60%的幅度提升，到目前为止，白光LED器件的发光效率突破50lm/W，开始达到实用化水平。 (2)LED背光源系统的成本要高于冷阴极荧光管。目前LED背光模组零组件的价格为CCFL背光源的5倍左右，屏幕尺寸越大，采用LED背光技术的成本就越高。不过LED产业也存在类似微处理器产业中的“摩尔定律”——Haitz定律，以安捷伦(LED领域领导厂商)的前任技术科学家Roland Haitz命名。其内容是LED的价格每10年将为原来的1/10，性能则提高20倍。如果这个定律能够不断应验，而随着产能的增加，LED背光源的成本将快速下滑。预计到未来一两年LED背光的售价可降到CCFT背光的2倍左右，距离大规模普及仅有一步之遥。

大尺寸电视要使用大量的LED元件，因此散热和价格都是比较棘手的问题

(3)RGB-LED背光源中，发出每种原色的LED元件由于采用了不同的发光材料，因此在长时间使用后，其性能的衰减将不一致，这也可能导致届时显示的效果出现比较大的偏差。

总结：

作为20世纪人类最重要的100项发明之一的LED技术，在经历了30多年的发展后，终于迎来了距离广泛应用不远的日子，相信通过本文的介绍，你也对 LED将在哪几个方面对我们的生活产生影响有了一定了解。无论LED技术走向何方，这一充满前途的技术必将给我们的生活带来巨大的改变。

LED技术在显示领域的应用

由于LED的优良发光特性，LED元件不仅可以做成直接显示的设备，近年来，LED也被逐渐引入到现有的平板显示技术中，特别是液晶显示技术，非常有可能下一个被LED所垄断的产业。LED背光源的色彩饱和度较佳，响应时间极快，漏光效果较弱。如果通过增加对比、进行

区域控制等手段，性能要大大优于冷阴极荧光灯(CCFL)。而且冷阴极荧光灯含有汞等有害物质，LED相较之下更具环保优势。LED已经在很多移动设备所使用的小尺寸面板中普及。而笔记本电脑和液晶电视等大尺寸面板用背光源将是LED产业下一个重量级应用。

目前LED技术在液晶领域的应用，主要是利用LED发光元件替代以前的CCFL荧光灯光源，作为液晶显示设备的背光源。而如果要再次细分的话，又可以按照LED发出的光源色彩，分成白光LED背光源和RGB-LED背光源两种。

白光LED背光源技术

在上文中，我们曾经提到过 LED在发展过程中的突破之一就是实现了可发出白色光的目标。在液晶显示设备的成像原理中，背光源发出的白光，经过液态晶体层后，再通过R/G/B彩色滤光膜，变成独立的原色。在这一过程中，决定最后液晶显示设备色彩的关键并不是液态晶体层，而是背光源的发光质量。背光源的光谱中RGB每种原色光的纯度越高，在最后才能还原出越纯正的原色，只有还原出纯正的RGB三原色，才能调配出纯正而且真实的色彩效果。

传统的CCFL光源在发光质量上并不理想，因此还原不出非常纯正的色彩，用色域范围来衡量的话，一般就在NTSC等比的72%左右，即使是通过采用改进型的CCFL光源，也只能达到NTSC等比90%左右的色域范围，这就造成现实世界中鲜艳、真实的色彩无法在液晶电视上还原，从而影响了图像质量。而通过采用高发光质量的白色LED背光源，液晶电视的色域范围可以轻松达到NTSC等比100%左右，对色彩效果提升作用明显。

采用白光LED的另一个好处是可以有效降低液晶面板的厚度，非常适合移动设备对轻薄的

追求。在介绍LED技术优点的时候，有一条就是LED的体积可以做的非常小。在液晶显示设备中，LED 背光灯板的形状与尺寸会按照液晶面板的形状及尺寸不同而不同。LED背光灯板基本上是长方形或长条形的。它有侧部发光及底部发光两种基本结构。侧部发光的结构主要用于狭长条形的背光灯板(一般长度大于2倍的宽度);而底部发光结构主要用于长度与宽度相差不多的背光灯板。发光二极管点亮时，光线射入透明有机玻璃，使整个发光面都可以看到亮光，这称为边光效应。有机玻璃顶部做成微珠粒状，可使整个发光面的光线更均匀。有机玻璃的顶部有一层乳白色透明塑料膜，可使发出的光更为柔和。背光灯板两侧边用银色遮光胶带封住。每个LED发光单元列有两个串联的二极管，若干列组成LED阵列(视背光灯板的长度而定)。以笔记本产品为例，采用白光LED作为液晶显示屏的背光源后，LED背光源以多组排列于底部放置，来代替传统的CCFL细灯管，在SONY VAIO TX笔记本上，就使用了40个的LED发光元件。用LED代替细灯管后，原导光板厚且成楔形的设计被取消，转而导光板可以用厚度均匀且可以把整体的厚度降底。 LED的另一优点——省电，也在应用时得到了青睐。对于笔记本等移动型产品而言，使用LED可以提高整机的使用时间，从而提升了移动时的持久性。不过对于电视机而言，现阶段使用LED背光并不能大幅度降低耗电量，主要是因为电视对亮度的要求较高，为了满足亮度的需求，就要提高LED元件的数量，从而导致整体功率没有出现明显降低。不过，相信随着更高发光效率的LED元件的出现，液晶电视将使用数量较少的LED元件就能实现高亮度显示，届时耗电量将出现大幅的下降。

RGB-LED背光源技术

由于RGB三原色可以调配出自然界中任何一种色彩，因此除了白光LED，在液晶显示领域，还有一种采用可以发出R/G/B三种单色光的LED背光源技术。

RGB-LED背光源，就是通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED元件，实现传统CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB-LED背光源已经可以达到105%的NTSC色域范围，而且只要采用性能更加强大的LED器件，目前已经可以实现120%以上的NTSC色域范围。这点对于以还原图像为主的电视机而言，将是一个非常有效的提升画质的手段。可以预见的是，RGB-LED将在未来几年内成为液晶电视的一个重要发展突破方向。

除了更加良好的色域表现力，采用RGB-LED光源还可以有效提升电视机的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。由于整个背光源由众多微小的 LED发光单元组成，所以可

以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制。根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用CCFL光源的液晶电视所不能企及的。

目前在电视机领域，已经有多家厂商推出了采用RGB-LED背光源的商用化产品，例如索尼最新的70寸液晶电视70X300A，就采用了RGB-LED 背光源。利用LED可以快速关闭、分区域灵活控制、亮度可调的优点，不仅摆脱了传统液晶电视暗部画面层次表现不良的缺点，表现出来的优美色彩效果，已经和现有任一种液晶电视拉开了足够距离。

由于可以直接发出R/G/B三原色光，因此更有厂家计划取消液晶电视中占有较高成本的彩色滤膜，不过这项技术还没有进入真正的商用阶段，还需要市场和时间的考验。

总的说来，LED技术无论是应用于照明领域，还是显示辅助领域，或者直接用作显示设备使用，都能通过自身的优势获得各种传统设备不能比拟的性能。然而，凡事存在好的一面，当然也会有不好的一面。作为新一代的照明技术，LED并非十全十美，在上述的几个应用领域中，还存在着一定的问题。

SONY的TRILUMINOS技术就是RGB-LED背光源

索尼VAIO SZ笔记本采用白光LED前后结构对比

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――――――――俄菲照明

1.LED是什么?

答ED是英文Light Emitting Diode,即发光二极管,是一种半导体固体发光器件，它是利

用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光.LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光.第一个商用二极管产生于 1960年.它的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,所以LED的抗震性能好.

2.LED为什么是第四代光源(绿色照明)?

答:按电光源的发光机理分类:第一代光源:电阻发光如白炽灯.第二代光源:电弧和气体发光如钠灯.第三代光源:荧光粉发光如荧光灯.第四代光源:固态芯片发光如LED.

3.LED的发光机理和工作原理有哪些?

答:发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结.因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性.此外,在一定条件下,它还具有发光特性.在正向电压下,电子由N区注入P区，空穴由P

区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光.

4.LED有哪些光学特性?

答:1.LED发出的光既不是单色光,也不是宽带光,而是结余二者之间.2.LED光源似点光源又非点光源.3.LED发出光的颜色随空间方向不同而不同.4.恒流操作下的LED的结温强烈影响着正向电压VF.

5.LED有哪几种构成方式?

答ED 因其颜色不同,而其化学成份不同:

如红色 ：铝-铟-镓-磷化物

绿色和蓝色: 铟-镓-氮化物

白色和其它色都是用RGB三基色按适当的比例混合而成的.

LED 的制造过程类似于半导体,但加工的精度不如半导体,目前成本仍然较高。

6.各种颜色的发光波长是多少?

答:目前国内常用几种颜色的超高亮LED的光谱波长分布为460～636nm,波长由短到长依次呈现为蓝色、绿色、黄绿色、黄色、黄橙色、红色.常见几种颜色LED的典型峰值波长是:蓝色

——470nm,蓝绿色——505nm,绿色——525nm,黄色——590nm,橙色——615nm,红色——625nm.

7.LED有哪几种封装方式?

答:封装方式: 1、引脚式(Lamp)LED封装, 2、表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装, 3、板上芯片直装式(COB)LED封装, 4、系统封装式(SiP)LED封装 5. 晶片键合和芯片键合.

8.LED有哪几种分类方法?

答:1.按发光管发光颜色分

按发光管发光颜色分,可分成红色、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。散射型发光二极管和达于做指示灯用.

2.按发光管出光面特征分

按发光管出光面特征分圆灯、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φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等.国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1;把φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4).

由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况.从发光强度角分布图来分有三类：

(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5°～20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统.

(2)标准型.通常作指示灯用，其半值角为20°～45°.

(3)散射型.这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大.

3.按发光二极管的结构分

按发光二极管的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.

4.按发光强度和工作电流分

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度<10mcd);超高亮度的LED(发光强度>100mcd);把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管.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(亮度与普通发光管相同).

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法.

9.LED的生产工艺步骤有哪些?

答:1.工艺：

a)清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干.

b)装架：在LED管芯(大圆片)底部电极备上银胶后进行扩张,将扩张后的管芯(大圆片)安置在刺晶台上,在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上,随后进行烧结使银胶固化.

c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的,一般采用铝丝焊机.(制作白光TOP-LED需要金线焊机)

d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来.在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求,这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉(白光LED)的任务.

e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上.

f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等.

g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置.

h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好.

1.LED的封装的任务

是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用.关键工序有装架、压焊、封装.

2.LED封装形式

LED封装形式可以说是五花八门,主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸,散热对策和出光效果.LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等.

3.LED封装工艺流程

4.封装工艺说明

1.芯片检验

镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑(lockhill)芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整.

2.扩片

由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小(约0.1mm)，不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm.也可以采用手工扩张，

但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题.

3.点胶

在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶.(对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片.)

工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求.

由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项.

4.备胶

和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上.备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺.

5.手工刺片

将扩张后LED芯片(备胶或未备胶)安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上.手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.

6.自动装架

自动装架其实是结合了沾胶(点胶)和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶(绝缘胶),然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置,再安置在相应的支架位置上.

自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整.在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层.

7.烧结

烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良.银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时.根据实际情况可以调整到170℃，1小时.绝缘胶一般150℃，1小时.

银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时(或1小时)打开更换烧结的产品，中间不得随意打开.烧结烘箱不得再其他用途,防止污染.

8.压焊

压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作.

LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压

第一点前先烧个球，其余过程类似.

压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝(铝丝)拱丝形状，焊点形状，拉力.

对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金(铝)丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀(钢嘴)选用、劈刀(钢嘴)运动轨迹等等.(下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量.)我们在这里不再累述.

9.点胶封装

LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种.基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点.设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架.(一般的LED无法通过气密性试验)如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高(特别是白光LED)，主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠.白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题.

10.灌胶封装

Lamp-LED的封装采用灌封的形式.灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型.

11.模压封装

将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化

12.固化与后固化

固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时.模压封装一般在150℃，4分钟.

13.后固化

固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化.后固化对于提高环氧与支架(PCB)的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时.

14.切筋和划片

由于LED在生产中是连在一起的(不是单个),Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作.

15.测试

测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选.

16.包装

将成品进行计数包装.超高亮LED需要防静电包装.

10.LED的基本照明术语有哪些?

答:常用照明术语光通量： 符号 Φ，单位 流明 Lm,说明 发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量

光强：符号 I，单位 坎德拉 cd，说明 发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量

照度：符号 E，单位 勒克斯 Lm/m2，说明 发光体照射在被照物体单位面积上的光通量

亮度：符号 L，单位 尼脱 cd/m2，说明 发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量

光效：单位 每瓦流明 Lm/w，说明 电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示

平均寿命：单位 小时，说明 指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数

经济寿命：单位 小时，说明 在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十.

色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温.

光源色温不同,光色也不同,色温在3300K以下有稳重的气氛,温暖的感觉;色温在3000--5000K为中间色温,有爽快的感觉;色温在5000K以上有冷的感觉.不同光源的不同光色组成最佳环境,如表：

色温>5000k: 光色为清凉型(带蓝的白色),冷的气氛效果;

色温在3300-5000K：光色为 中间(白) ，爽快的气氛效果;

色温<3300K：光色为 温暖(带红的白色) ，稳重的气氛效果 .

a. 色温与亮度 高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛;低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉.

b. 光色的对比 在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次.

显色性: 光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性.

显色分两种

忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好.

效果显色：要鲜明地强调特定色彩,表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果.

由于光线中光谱的组成有差别，因此即使光色相同，灯的显色性也可能不同.

灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例.

11.什么是大功率LED?

答:大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于0.35W(含0.35W)的

我国虽有多家企业开发生产LED城市照明路灯，但很多是用小功率LED阵列作发光体，散热问题解决了，所用LED数量要很多，小功率LED光衰强，安装成本高;城市照明LED路灯采用大功率LED是发展的趋势，少数用大功率LED作发光体的路灯产品由于没有很好地解决功率达到一定量时，LED的散热问题;LED的散光和聚光控制问题;路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题;光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题。因此产品性能还不尽如人意;高性能的产品价位又居高不下，难以推广普及。散热和可***性是影响LED应用主要因素

LED光源有两种做法，一种是使用传统小功率LED作组合，一般多达上百颗甚至数百颗，电源设计复杂。另一种是使用大功率管作光源，价格比较贵。两种方法都不可避免地要将散热设计和工作可***性作为主要设计考虑因素，国内多应用于政府示范性，真正市场化运作的很少，国外这方面的应用实例较多，但其最大的缺点依然是可***性、出光流明数和价格，很多由于LED品质低劣，没有很好地表现出寿命长的优点。还有，从成本、市场的角度考虑，LED作为照明光源，其是否与太阳能结合使用，在设计上需要走不同的路线，并不是单独作为一种光源

来开发就能完成的。

LED器件产品应用到路灯上，技术上的特殊要求主要是要结合LED光强和发光角度来设计，另外由于多颗LED组合，出光设计方面要兼顾照射面域，灯具方面需要重点考虑散热的有效性。

LED路灯与普通路灯的对比优势：节能、环保，易于和低压适配，也可和太阳能系统直接配套，无需额外的逆变、转换过程，能达到最大的能源利用率。

不足：照明角度偏小、不均匀，颜色显色指数偏低，光学、散热设计复杂。

技术上的不足：当前技术下的光通量还不够，光效太低，品质难以保证。

解决措施：LED产品应用于路灯需要专门的设计，也需要专门的标准(用传统光源的测试数据来评价LED光源往往并不客观)。

LED应用于路灯有先天的优势也有劣势。优势在于：第一，LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依***光发射来解决的二次取光及光损耗问题;第二，对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费;第三，色温可选，这样在不同场合的应用中，也是提高效率、降低成本的一个重要途径;第四，技术进步空间依然很大。

劣势(影响路灯推广应用的因素)：当前价格还太高，光通量低，当前同等照度设计的LED光源价格大约相当于传统光源的4倍(不过在路灯产品中，光源部分占总成本并不高，所以在安装中的成本提高比例也不会太高，应用的空间还是比较大的)，在民用中难以承受。当前设计和

制造标准比较混乱，损坏比例高，影响了LED的寿命优势。

本标准规定了作一般照明的室内灯具光度特性的测试方法和测试报告的内容。灯具的光源为白炽灯、卤钨灯、管形荧光灯和其他气体放电灯。并指导工业性实验室的测试设备和仪器的选择、试验操作、光度性能数据处理和表述。

1 定义

下面这些定义只是本标准涉及的重要的定义，必须加以着重说明。

1.1 灯具效率

在标准条件（参见3.1条）下测得的灯具光通量与此条件下测得的裸光源（灯具内所包含的光源）的光通量之和的比值。

1.2 光度的直接测量法

在该方法中均用光通量（以lm为单位）和光强（以cd为单位）为已知的标准灯泡来直接或间接校正被测光源和测试用光度计。

1.3 光度的相对测量法

测试用光源的光通量是通过用光度计的任意比例单位的读数折算的光强测量来获得的。然后，灯具的光强测量在相同的任意比例单位的读数下进行。

1.4 光源为每 1000 lm光通量（简称每1000 lm）的光度测量

灯具的光率测试值折算到灯具内所有光源处于标准条件下的总光通量为1000lm的情况。

1.5 测试用半平面

通过灯具有效光中心，以垂直轴为边界的任意的半个垂直平面。

1.6 测试距离

当分布光度计使用反射镜时，从分布光度计的光中心到光度接收器光电池表面间距离，则为分布光度计光中心到反射镜再到光电池表面的距离。

2 测试精度和误差

2.1 误差来源

使精度下降的误差可分为二类：系统误差和随机误差。

2.1.1 系统误差

系统误差由所选用的测试方法、测试设备产生的。如：电压测量、温度测量、光电池的非线性、杂散光、灯具的光谱选择性、反射镜镀银层的不均匀产生的反射率变化、光源的偏振性、测试用光源的荧光粉涂层不均匀、测试距离太短等。

2.1.2 随机误差

随机误差是除测试设备以外的各项测试条件变化而产生的。如光源不稳定、温度变化、由空调机等引起的气流、由光源或灯具移动产生的气流、光电池的疲劳、电源电压和频率的变化、尘埃使反射镜反射率发生变化等。随机误差会影响测试的重复性，可以通过用同一只灯具的重复测试来测定，应保证每个读数在±2%的范围内具有可重复性。

2.2 光度测试的精度

光度测试的精度取决于所用的测试设备和所选择的测试方法。因此在选择测试方法和测试仪器时，有必要考虑测试结果达到的精度。

本标准对测试仪器、实验室条件、测试方法和测试过程的控制要求都作出了具体规定。

附录A（参考件）列出了光学性能测试的仪器和方法的选用。

3 测试仪器和实验室条件

3.1 标准测试条件

3.1.1 环境温度：25±2℃。

3.1.2气流：光源和灯具附近的空气应静止。

3.1.3 安装方式：悬挂式。

3.1.4 方向性：裸光源测试，应将光源以指定的实际工作位置安装；灯具测试，应将灯具按指定的实际工作位置悬挂。

3.2 实际测试条件

裸光源和灯具的光度测试，虽然不可能在绝对的标准条件下进行，但应尽可能在理想的实验室条件下进行。

3.2.1 环境温度条件

3.2.1.1 若光度测试能根据以下要求进行，则可视之为标准环境温度25℃，无需修正。若超出下面所述的范围，就应按5.6条的方法确定修正系数来修正测试的读数。

a. 裸光源或灯具整个测试过程中，平均环境温度的变化范围应为：25±2℃；

b. 裸光源测试时的平均环境温度与灯具测试时的平均环境温度之间的差异不得超过2℃。

3.2.1.2 平均环境温度依以下方法确定：

a．若光源或灯具在空间处于固定的水平位置，将二个温度计置于离光源或灯具边缘沿径向各0.5m处，分别得到温度t1和t1′两个值：

b．若光源或灯具安装在正常工作位置上，但有一个上翘的仰角，将二个温度计分别置于光源或灯具口面顶部横切线上离边缘沿径向0.5m处，得到温度t1和t1′两个值。同样将二个温度计分别置于光源或灯具口面底部横切线上离边缘沿径向0.5m处，得到温度t2和t2′两个值；

c. 若光源或灯具在测试时绕有效光中心旋转，将二个温度计置于光源或灯具的边缘沿径向0.5m处，在垂直方向上得到温度t1和t2两个值。

注：温度测量时，温度计应避免光线的直接照射。

3.2.2 气流条件

3.2.2.1 测试中，裸光源或灯具周围的气流会降低光源的工作温度，这样会改变光源的发光效率。这种气流可能是由于排风管空调机或灯具在光度计上移动所致。因此规定测试应保证能在理想的实验条件下进行。

按3.2.2.2和3.2.2.3测量的读数之间的差异不大于2%，可认为达到理想的实验条件。

3.2.2.2 光源或灯具在光度计上移动引起的相对气流的测量。

在某个特定方向（通常取垂直的灯下点），同一环境温度条件下进行两次光强测定。

a．裸光源稳定之后（见5.2条）进行测量；

b．以正常速度移动光源，相当于垂直平面内的光电池转动了360°之后，立即测量。

以上测量也适用于灯具测试，当然对于光源或灯具是固定的，以光电池作相对移动的光度计就不必作以上测量。

3.2.2.3 排风机或空调机引起的气流的测量

在特定方向、同一环境温度条件下进行两次光强测定：

a．裸光源按5.2条稳定之后，进行测量；

b．关掉空调机和排风机，再测量一次。

以上测量也适用于灯具测试。光源和灯具在光度计上的不同位置，应重复以上的测定。

3.2.3 光源或灯具的非标准定位

若光源或灯具安装在光度计上未处于第3.1.4规定的位置，则应引入一修正系数来修正测试结果。修正系数按第5.7条规定来确定。但是如果光源位置的改变会导致其光分布发生重大的或不可变换的改变的话，不能在非标准位置下进行光度测试。

3.3 供电电源

3.3.1 电源电压和频率

测试过程中电源电压和频率应保持在偏差为±0.5%的恒定范围内，钨丝灯的电源电压应

控制在±0.2%以内。

3.3.2 电压波形

电压的各次谐波分量的总和（方根总和）不得超过基波的3%。

如果使用稳压器，保证波形符合上述要求就特别重要。

3.4 电性能测量

在整个光度测试过程中，光源或灯具应该处于特定的电压下。电压应在灯具的输入端测量。

在光源稳定后的每一次光度测试开始时，必须测量输入功率和电流。光度测试期间，隔一段时间须定时重复测量输入功率和电流以检验光源工作条件的变化情况。使用常规法和监视光源法测试时不必再检验光源工作条件的变化情况。

3.5 杂散光的遮挡

3.5.1 杂散光是指不是从被测光源直接射向光电池的光线，而是经过反射或其他光源射向光电池的光线。采取防护措施就是为了能最大限度地避免杂散光射向光电池。

3.5.2 光电池应遮蔽得只能接收灯具直接发出的光线，若光度计使用镜子，光电池应被遮蔽得只能“看到”镜子中灯具的像，而不能接收灯具本身的直接光线。

3.5.3 任何平行于光电池至灯具轴向的表面（例如：挡屏的端面）应制有凹线或具有一定角度，以限制反射到光电池上的光线。其表面应涂成无光泽黑色。

3.5.4 测试室的墙壁、顶棚、地板及分布光度计的表面均应涂成无光泽黑色。目前常用的黑色漆面反射系数最高为4%，但当光线掠入射时反射系数就很高。因此灯具或光源到达光电池的杂散光应经过二次或二次以上的反射过程以减小其影响。若只有一次反射，则这种表面应装有黑丝绒或黑毯子等吸光材料。

3.5.5 产生杂散光的途径为：

a．灯具→黑色表面（地板、挡屏等）→镜子→光电池；

b．灯具→黑色表面（地板、挡屏等）→灯具→光电池；

c．灯具→镜子→灯具→镜子→光电池。

在“c”这种情况下，对于有半透明护散罩的灯具来说，杂散光的影响可忽略不计，但用镜面反射器的灯具，则误差很明显。

3.5.6 要想测出杂散光的总效应是非常困难的。限制来自光源或灯具的杂散光行之有效的办法是用眼睛在光电池位置上观察，同时开动光度计，让光源或灯具运动，哪个位置或方向上有杂散光就需用挡屏遮挡。

3.6 光电池的要求

3.6.1 光电池性能

3.6.1.1 光电池及其测量线路在使用过程中应保持稳定，并且暴露在其允许的最大照度水平时不疲劳。

3.6.1.2 光电池及其测量线路在其测量范围内应具有线性响应。若非线性的话，应对测量数据作修正，应定期检验光电池的线性响应。

3.6.1.3 光电池的光谱灵敏度曲线应符合CIE光谱光效率[γ（λ）]曲线。应定期校核光电池的光谱响应的稳定性。

3.6.1.4 光电池的线性响应和光谱响应的校核方法按JJG245《光照度计》的规定执行。

3.6.2 光电池输出的测量

光电池输出的精度应达到±1%。若用自动记录仪测量光电流，则必须确定光电流变化的延迟响应，微小变化的不响应等的仪器系统误差。

3.6.3 用于监视光源法中的辅助光电池的附加要求

监视光源法中所用的辅助光电池除应符合上述要求外，还应遮挡得只能接收来自灯具中心部位的光线，光电池可安置在任意适当的距离上，应刚性固定且绕灯具旋转。辅助光电池所选定的位置，对于正常测试位置上的主光电池不产生干扰。

3.6.4 准直光电接收器的附加要求

此接收器必须只对落在与其表面法线成α角的表面上的光作出响应。

α角不应大于2.5°，接收器的直径

D=A+2ltgα………………………………………………（4）

式中：A——灯具口面的最大尺寸；

l——测试距离。

接收器的灵敏度在整个接收器表面上应基本相同，可以用与检验反射镜反射比变化情况的类似方法来决定