LEDLED产品介绍

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1、LED產品介紹目 錄 LED和和LED照明照明 飛利浦飛利浦LED照明的發展照明的發展 LED產品特徵及應用特點產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響的產品局限及影響LED五大關鍵因素五大關鍵因素 飛利浦飛利浦LED照明產品照明產品 LED和和LED照明照明 飛利浦飛利浦LED照明的發展照明的發展 LED產品特徵及應用特點產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響的產品局限及影響LED五大關鍵因素五大關鍵因素 飛利浦飛利浦LED照明產品照明產品目 錄什麼是LED？LED：Light Emitting Diode,發光二極體的英文縮寫,簡稱LEDLED：是一種固態的半導體器件，它可以直接把電

2、轉化為光LED 發光二極體發光原理加上正向偏壓加上正向偏壓載流子複合載流子複合釋放能量釋放能量p型半導體(空穴多數)n型半導體(電子多數)空穴與電子複合放出的過剩能量變為光或熱能帶間隙可見光P-n結空穴流向n型材料電子流向p型材料光子LED 光效的發展050100150200192019401960198020002020年代年代發光效率發光效率(lm/W)電子氣體放電燈螢光燈白熾燈鹵素燈傳統白熾燈反射燈金屬鹵化物燈汞燈高壓鈉燈最佳 LED白色白色 LEDs發光 二極體高功率高功率LEDLED:Luxeon卓越的流明保持性備註：Luxeon在5萬小時後，保持原亮度的70%；在10萬小時後，保持

3、原亮度的50%；LED光通量隨時間的變化傳統傳統 LEDsLED光通量光通量/單顆單顆(流明流明)年代年代傳統LEDs:在過去的30多年每18至24個月單顆LED的光通量翻一倍Luxeon:先進的高功率晶片和封裝技術在外形和性能上有很大的發展節電和選擇應用照明產品的潛在節電資料來源:“LED在Niche照明應用中的節能評估報告“U.S.Department of Energy,November 20030.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0汽车照明轨道和公共交通灯交通信号灯出口指示灯节日照明商业广告照明潜在节电35.1万亿瓦小时(TWh)/年潜在节电35.1万亿瓦

4、小时(TWh)/年2002年节电9.6万亿瓦小时(TWh)/年潜在节电35.1万亿瓦小时(TWh)/年020406080100LEDs荧光灯白炽灯數千小時年數千小時年白熾燈,螢光燈和LED的期望壽命規格化光輸出規格化光輸出實際資料點實際資料點對數曲線圖對數曲線圖42天天注:在70mA,550C的情況下,對HPWA-MH00 LEDs的壽命測試結果老化(在恒定電流和溫度下的材質老化)0%50%100%150%200%-40-20020406080100120接點溫度 TJ C相對光輸出(LOP)%藍色藍色紅色紅色黃色黃色LED 性能與溫度的關係80859095100051015202530Yea

5、rs 可靠性(%)LED焊接點電子附件LEDs:系統可靠性如交通信號燈光源尺寸TL8TL5SOXMHDFluorescentFluorescentLow Pressure SodiumMetal HalideHigh Pressure IodidesHigh Pressure SodiumHigh Pressure MercuryInduction FluorecentFluorescentIncandescenceHalogenCeramicDischargeHPI PlusSONHPL-NQLCFL-ISDW-TCDM-RGLSMasterline PlusLED目 錄 LED和和LED照

6、明照明 飛利浦飛利浦LED照明的發展照明的發展 LED產品特徵及應用特點產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響的產品局限及影響LED五大關鍵因素五大關鍵因素 飛利浦飛利浦LED照明產品照明產品世界第一的照明供應商-飛利浦世界第一的LED供應商-惠普建立合資工廠-2005年飛利浦控股2001 2001 年年ObstiVision 用於飛行警報的低強度LED障礙物燈。與傳統的障礙物照明系統相比節省高達95%的能量20022002年年飛利浦和HP的合資企業是首家引入光效100 Lm/W，壽命100，000小時的LED的公司2005年飛利浦收購了全球最好的LED生產廠商,LUMILEDS公司200

7、6年飛利浦在中國建立了全球首個LED團隊,專業對LED進行研發生產和市場推廣是什麼?傳統 LED的性能Cathode LeadLED ChipAnode LeadReflector CupEpoxy Dome LensGold Wire Bond環氧圓頂透鏡陽極引線陰極引線反射杯半導體觸點陽極導線局限性:很高的熱阻(200 K/W)環氧樹脂的溫度最高到 T 1200C環氧樹脂對藍光和紫外線敏感,光通量輸出下降輸入功率 0.1 W典型的光輸出為2-3流明高功率Luxeon LED的性能有專門的與導電途徑分離的散熱途徑優良的熱性能允許有高的驅動電流陰極導線金線散熱基片熱量熱量ESD 晶片保護裝置晶

8、片粘結LED晶片封膠塑膠透鏡光輻射光輻射LED晶片晶片保護裝置塑膠透鏡注:ESD是靜電放電(Electrostatic Discharge)的意思高功率Luxeon LED的性能More Light Die Technology Thermal Capability Increased CurrentsSuperior Packaging Lower Thermal Resistance Surface Mount CapabilityLower Costs Reduce piece count Reduced thermal needs Common manufacturing method

9、sGreater Design Flexibility More usable light Simpler thermal design and management Manufacturing options RoHS Compliant JEDEC 2A什麼是晶片選用(Binning)?定義:晶片製造的外延上可以分成許多具有共同操作特性的微元區(Bin),則Bin可用三個參數來區分,其參數為顏色顏色,光輸出和正向電壓光輸出和正向電壓.所以要完成一粒LED光源,需要100%的檢測,檢測三個指標(功能性;顏色,光輸出,正向電壓;每粒表示Bin)顏色顏色光通量光通量正向電壓正向電壓 Vf所有分區

10、所有分區波長在波長在 2.5-20nm寬度的分區寬度的分區(Bin)Vf正向電壓在正向電壓在 0.20-0.50mv範範圍的分區圍的分區(Bin)光通量在光通量在 30%範圍的分區範圍的分區(Bin)5mm LED的晶片製作的晶片製作在3英寸的外延片上,可以製造出大約3萬粒左右的5mm LED的芯,但在3英寸的外延片上製作的芯粒是可以分成很多BIN的.像 色部分的芯粒是整塊外延片上比較好的芯粒,越往外芯粒越不穩定,最外面的邊緣地帶的芯粒,是整個外延片上品質最差的.所以實際上一塊LED外延片上的LED芯粒的VF值、波長和光亮度都是不一樣的,因此可以分成很多的BIN.3 3英寸英寸LED晶片的來源

11、LED EnergyHeat 85%Visible Light 15%100 Watt GLS Incandescent Bulb EnergyIR 83%Visible Light 5%Heat Losses 12%LED的散熱由於LED的光譜中不包含紅外部分,因此LED的熱量不能靠輻射散出,因此稱LED是“冷”光源。但目前LED的發光效率僅能達到10%-20%,也就是說,還有80%-90%的能量轉換成了熱能,如果LED晶片的熱量不能散出去,會加速晶片的老化,還可能導致焊錫的融化,使晶片失效.因此為了保證LED的壽命,散熱成了大功率LED應用的一個關鍵因素.高功率Luxeon LED的性能

12、World leader in phosphor converted white LEDs Patented conformal phosphor coating gives highest CCT stability over all viewing anglesLarge colorshift at edges.Blue tintsindicating thinphosphor layerLuxeonCompetitionLED DIESubmountDie attach epoxyReflector cupPhosphorReflector cupPhosphorDie attach e

13、poxyLED dieHigh quality white light due to even phosphor coating5 mm LampCathode LeadLED ChipPC BoardHeatLED ChipHeatCathodePin-+Copper CladdingSuperFluxLED ChipAnode LeadBodyPlastic LensHeatCu SlugLuxeon從LED封裝結構比較其散熱(2)無論是 5mm 還是 SuperFlux 都包含熱和電的路徑;SuperFlux 增加了熱傳導,它有兩個陰極管腳,而且是用更厚的銅做成.Luxeon 的封裝包括

14、了一個專門的熱傳路徑.0%50%100%150%200%-40-20020406080100120Junction Temperature TJ 0CRelative Light Output(LOP)AmberRedGreenBlueWhiteCyanRoyal Blue70%60OC溫度對LED的影響(1)溫度升高會降低LED的光輸出,因此燈具設計時須考慮其散熱,最好外殼不超過50oC.下圖溫度是結溫(Tj)而非燈具溫度,燈具表面溫度與結溫關係視散熱及結構設計而定,一般最少有10oC的差異.10 Hrs/day 4000 Hrs/year 20K Hrs in 5 yearsLED燈具壽命

15、(1)LED壽命方面,雖然單顆LED號稱其壽命長達10萬小時,但其應用時必須搭配電源轉換電路,故LED照明器具整體壽命便必須就光電整合應用加以考量;以現今電力電子轉換及材料技術而言,LED照明器具整體壽命大約在2萬小時左右.LED燈具壽命(2)LED壽命方面,雖然單顆LED號稱其壽命長達10萬小時,但其應用時必須搭配電源轉換電路,故LED照明器具整體壽命便必須就光電整合應用加以考量;以現今電力電子轉換及材料技術而言,LED照明器具整體壽命大約在2萬小時左右.零件寿命(hrs)计算条件劣化、损坏原因/对比6K50%光衰80K40%光衰DC-DC 三极管电阻电解电容20K视温度及负载而定AC-DC

16、 三极管电阻电解电容15K视温度及负载而定线圈(电感)?视负载及质量而定PC一般46K抗UV710K1015K脆化(高温、酷寒、高湿)2025K3040K基本无限制迅速损坏种类基本无限制基本无限制5mmLuxeon焊点亚克力(UV基本不影响)EPDM硅橡胶LED光源Driver塑料密封胶条IP失效变黄(UV)、脆化(高温、酷寒、高湿)高温、过电流、潮湿、时间DC-DC Driver:20K Hrs(5 年)AC-DC Driver:15K Hrs(3.75年)LE电子镇流器保证寿命:2年老化(高温、酷寒、高湿)潮湿氧化、脱焊IP良好估算值0501001502002503003504000.00

17、.51.01.52.02.53.03.54.0Forward Voltage(V)Forward Current(mA)Red,Reddish Orange,Amber(AlInGaP)Royal Blue,Blue,Cyan,Green,White(InGaN)Larger LED to LEDvariationsThreshold VoltageLED的驅動線路(1)LED的驅動線路設計對其性能幾壽命影響機大,通常建議的設計包含下列限制:定電流線路能提供較佳的光輸出/顏色一致性,並減少LED失效機會.避免同一驅動器使用並聯LED回路.高功率Luxeon LED的性能Enables high

18、er drive current operation without extensive thermal designReduces the complexity and cost of the heat sinkAllows never before possible designs e.g:No Heat SinkMore usable light,lower cost per lumen,lumen mm2=Luxeon K2185135125125105020406080100120140160180200Max.Junction Temperature degCLuxeon K2Lu

19、xeon ICree*Osram*Nichia*什麼是LED照明？LED照明是多個專業應用領域的整合：半導體、光學、熱能、電子、結構、系統集成、電腦軟體、傳統照明設計LED市場市場重視亮度重視亮度重視照度重視照度靜態照明靜態照明動態照明動態照明(調光和調光和RGB)目 錄 LED和和LED照明照明 飛利浦飛利浦LED照明的發展照明的發展 LED產品特徵及應用特點產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響的產品局限及影響LED五大關鍵因素五大關鍵因素 飛利浦飛利浦LED照明產品照明產品PIHILIPS產品優勢PHILIPS擁有世界上最好的LED產品之一LUMILEDS公司95%的股份,在LED產

20、品的品質控制上以及在LED的bin的選擇上有著非常大的空間PIHILIPS提供整套的控制系統,和完善的解決方案,幫助客戶解決LED系統工程所有問題PIHILIPS悠久的傳統照明優勢,與新興的LED照明概念相結合,全方位的為客戶打造整體照明方案.PHILIPS在世界照明領域中在產品結構上始終保持著領先地位,決定了 PHILIPS在LED產品的堅實的技術基礎PIHILIPS的良好品牌形象,要求PHILIPS在任何產品上的服務和保障始終做的最好LED產品的特徵(一)超長壽命(50000至100000小時),低維護成本節能,比白熾燈和鹵素燈光效高許多特別緊湊的尺寸,設計靈活性高優異的光學控制性能,能使

21、系統效率達到最大狀態顏色飽和度大,無需濾色片校正顏色和色溫容易控制無紫外線和紅外線全範圍不間斷的亮度調節成為可能,同時顏色不會偏移固體照明無需支援光源的設備,抗振動LED產品的特徵產品的特徵(二二)快速開關,開關次數在1,000,000,000次以上無汞,綠色環保冷起動性能(-400C)安全,低壓直流驅動啟動時間短、結構牢固發光體接近點光源（有利於LED的燈具設計）、薄型燈具、燈具材料選擇範圍大不需要加發射器LED體積小在工程上的靈活應用LED的色彩控制情景表達LED顏色飽和度大的渲染力LED的圖像表達能力和資訊傳遞LED燈具構造的點線面的靈活應用LED光束角的靈活應用LED的低電壓的靈活應用

22、LED作為新的光源，有它自身的發光機理與特點。在光學設計中充分利用LED的優勢，將會在照明設計中書寫新的篇章。A-直接光源LED利用可以形成點發光、線發光和麵發光的發光形式。點發光的燈具可以是通透，也可以是無表面，甚至可以表面亮度不需要很高，光對於環境往往起到定向的作用。線發光的LED用於輪廓照明的情況較多，也可以用於線條狀面的發光，產品需要系列化，根據建築物的形態及環境亮度，需要有不同管徑大小和不同表面亮度的產品。面發光的LED是將模組化的LED拼裝，形成發光的表面。可以形成圖案，也可以混色，通常用於塊面裝飾照明，如樓宇、牆壁、地面、舞臺等。B-間接光源光通過介質的反射、折射、透射等來實現照

23、明設計要求，充分利用LED的體積小、可塑性強，靈活的利用LED的特點來表達設計主題，通常應用在廣告招牌、工藝品展示、氣氛的渲染等C-投射光源隨著大功率LED的發展，LED泛光照明離生活越來越近，投射光源的使用將得到更大的空間，光照圖式可以是扇形的，也可以是平行光束，可以是彩色的，也可以是單色的。這是LED投射燈具完全可以做到的。扇形的光束用於照射垂直的柱面或窗間牆面，而平行的光束可以照射連續的牆面，形成漫射光照明。D動態變化RGB技術，對圖案、顏色、光強和時間的控制、使得LED的顏色理論上可以實現無數種。LED發光的光強與色彩產生預先程式設計的動態變化，展示了光的運動，這主要依賴於數位控制技術

24、相結合的方式。照明設計和建築師已經認識到LED強大的可變化效果，尤其在控制和美化方面，他們對LED的應用也加速了LED的發展速度。採用為LED全彩燈具設計的控制器，通過電腦編程，可以控制燈具同步或非同步進行色彩變化和快速色彩動作變化。室內裝飾照明室內裝飾照明適合適合 間接光源間接光源 和投射光源如和投射光源如:飯店、餐館、商場、店鋪設計、舞臺照明等。飯店、餐館、商場、店鋪設計、舞臺照明等。室外景觀照明室外景觀照明適合範圍比較廣泛適合範圍比較廣泛:適合直接光源、間接光源適合直接光源、間接光源 、投射光源和動態變化如、投射光源和動態變化如:建築立面、景觀、環境、高架道路、橋樑、體育場、建築立面、景

25、觀、環境、高架道路、橋樑、體育場、機場、醫院、古建築、水景等。機場、醫院、古建築、水景等。目 錄 LED和和LED照明照明 飛利浦飛利浦LED照明的發展照明的發展 LED產品特徵及應用特點產品特徵及應用特點 LED的產品局限及影響的產品局限及影響LED六大關鍵因素六大關鍵因素 飛利浦飛利浦LED照明產品照明產品LED產品的局限性效率:是螢光燈光效的30%,要達到150lm/W以上還要提高5倍的光效,綠色的光效提高是最關鍵的成本:要和已經存在的技術比較最初成本每流明需降低100倍美金散熱:散熱處理要求有新的設備途徑晶片選用:顏色點的控制和一致性的提高低電壓設備非規範類產品影響影響LEDLED六大

26、因素六大因素LEDLED晶片的來源晶片的來源LED的散熱的散熱LED的光衰的光衰LED LED 的靜電防護的靜電防護LED的防水的防水LED的驅動控制的驅動控制LED的散熱NormalNormalLED發光是靠電子在能帶間躍遷產生光，其光譜中不包含紅外部分，LED的熱量不能靠輻射散出，因此LED是“冷”光源。目前LED的發光效率僅能達到10%-20%，也就是說，還有80%-90%的能量轉換成了熱能，如果LED晶片的熱量不能散出去，會加速晶片的老化，還可能導致焊錫的融化，使晶片失效。因此為了保證LED的壽命，散熱成了大功率LED應用的一個關鍵因素。LED的散熱改進LED的封裝結構，使熱量更容易散

27、出來。一.用倒裝焊的結構，利用矽片來散熱二.用極薄的導熱膠將GaN晶片粘在方型的鋁熱沉上，與5mm的LED僅靠碗狀模具散熱相比，更有利於熱量的傳輸。三.使用中將封裝好的LED固定在合適的散熱板上。LED的散熱Luxeon LED 橫截面視圖LED封裝結構比較陰極導線金線散熱基片熱量熱量ESD 晶片保護裝置晶片粘結LED晶片封膠塑膠透鏡光輻射光輻射Cathode LeadLED ChipAnode LeadReflector CupEpoxy Dome LensGold Wire Bond環氧圓頂透鏡陽極引線陰極引線反射杯半導體觸點陽極導線LED的散熱優越的流明維持係數LED的光衰優越的流明維持

28、係數種類種類 壽命壽命(小時小時)2,0002,0004,0004,0006,0006,00010,00010,00050,00050,000普通白熾燈普通白熾燈壽命壽命壽命結束壽命結束5mm LED5mm LED光衰光衰30%30%40%40%50%50%70%70%流明維持率流明維持率70%70%60%60%50%50%30%30%LUXON LEDLUXON LED光衰光衰可忽略可忽略可忽略可忽略可忽略可忽略10%10%30%30%流明維持率流明維持率90%90%70%70%LED的光衰LED的防靜電材料之間發生磨擦與分離會產生靜電；物體表面的原子與電子發生轉移或轉換會產生靜電。適合30

29、000伏電壓的靜電電荷是很尋常的，而且很容易產生。相比之下，僅僅是10伏的放電也可能摧毀一個敏感裝置。LED 是對靜電敏感的設備，尤其是綠色LED相對而言更容易被靜電損壞。如果LED被靜電擊穿後，暗淡、模糊、熄滅 等現象。相對其他光源來說，靜電對LED產生的破壞非常嚴重，很快就會不同品質檔次的LED抗靜電能力也不一樣，品質檔次高的LED抗靜電能力要強一些LED產品在加工生產、運輸、安裝的過程中要採用一定的防靜電措施，如：工作臺要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風機，同時也要保證車間的濕度在65%左右，以免空氣過於乾燥產生靜電。運輸時的車隊、箱

30、子或其他設備。LED的防水原則上電器如果進水，都會造成電路上的短路，造成電器的損壞。LED也是如此，所以我們在LED燈具的結構上,接線上,以及LED的驅動上儘量做到防水工作。一、燈具採用灌膠和防水LED模組二、接線端頭採用防水接頭或採用密封防護三、採用防水DRIVER四、在非浸泡的情況下，預留通風，排氣孔，保持水汽的及時揮發。在燈具內採用品能獨特的防水灌膠技術，並配合使用防水LED模組、接線保護和防水DRIVER，達到三重防水的效果，確保LED的使用壽命。LED的驅動及控制系統影響LED專案的除了單溫度,防水外,電壓、電流對於整個工程也非常重要。由於LED的特性所致，微小到幾毫安培的電流波動也

31、會對LED的壽命與光衰產生極大的影響。當外界環境溫度升高後，LED光源內阻會減小，若使用穩壓電源供電會造成LED工作電流升高，當超過其額定工作電流後，會影響LED產品的使用壽命，嚴重的將使LED光源“燒壞”，因此最好選用恒流源供電，以保證LED的工作電流不受外界溫度的影響 通常,我們對LED採用定電壓、定電流技術，使得通過每顆LED的電流均為恒流、恒壓;從而保證了LED的亮度與壽命。以5mmLED舉例說明：1當電壓達到3.5V時，LED上的電流為標準值20mA，處於正常工作範圍2當電壓達到3.8V時，LED上的電流為50mA，已經超過了LED的正常使用標準，其壽命及光衰會大幅度的下降3當電壓達

32、到4.2V時，LED上的電流為110mA，那麼LED將會快速死掉。LED的I-V曲線圖LED的驅動及控制系統假設當假設當LED1LED1損壞發生損壞發生短路時，線路短路時，線路A A上其餘上其餘LEDLED繼續工作，但由於繼續工作，但由於LED1LED1的短路，導致線的短路，導致線路路A A，B B，C C 上的其餘上的其餘LEDLED電流都加大，其結電流都加大，其結果是加快其餘果是加快其餘LEDLED的死的死亡。亡。AC220V電能轉換電路電能轉換電路DC24V電阻電阻LED 1LED N 線路線路A 線路線路B 線路線路CLED的驅動及控制系統定電壓輸出缺點（1）R上的功率消耗，抵消了LE

33、D省電之訴求（2）VF的不穩定性，使得量產時電流的精度範圍受到限制（3）串聯中的LED有一個不良時，VF減少造成電流加大，以致整組過流，發熱，終到光衰嚴重，對使用者造成LED易損害的觀念上的誤導。（4）制程上以分Bin的方式，仍難控制整體量產時的品質。（5）串聯的LED越多，電流的精度越難控制，造成量產上的困擾。（6）串聯的LED越多，光源的信賴度越低LED的驅動及控制系統定電壓定電流電路示意圖定電壓定電流電路示意圖定電壓和定電流的電路，使每顆LED上的電流都保持一個恒定的值，保證LED的壽命。假設LED1因損壞發生短路時，線路A上的其餘LED還是保持原來恒定的電流，不影響工作和壽命。假設LED1因損壞發生斷路時，線路A上的LED全部停止工作。但線路B上的LED繼續保持原來 電流和正常的工作狀態。AC220V電能轉換電路電能轉換電路DC24V定電流控制電定電流控制電路路70mALED 1LED N 線路線路A電能轉換電路電能轉換電路DC24V定電流控制電定電流控制電路路50mALED ALED N 線路線路BSuperflux Superflux 紅色紅色Superflux Superflux 綠色綠色LED的驅動及控制系統