LED工业应用
【摘要】
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着 LED灯株在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的
【关键词】发光二极管 P型半导体 N型半导体环氧树脂荧光粉电子空穴
前言
1.1引言
照明是人类文明从黑暗走向了光明的一次伟大革命，它反映了人类的聪明智慧，代表了历史的发展。随着工业的快速发展，人们对灯的照明不在局限在仅仅照明了。随着高科技的加入，人类对环保的要求不断加高，节能，无污染，低能耗越来越被人们所重视，就这样LED也慢慢的走进了人们的视眼。LED照明工艺精良，科学含量高，因不存在普通灯泡容易产生灯丝发光易烧、热沉积、光衰等情况，寿命长久，亦被称为长寿灯，寿命是传统白炽灯的十倍以上。它色彩丰富，节电并环保，是照明界最时尚的绿色照明产品。
应用
一.LED的构成成分：
LED照明的LED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。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
LED的发光原理： LED是light emitting diode ，发光二极管，是半导体器件半导体分为本征半导体，参杂半导体，二极管是属于参杂半导体，即在半导体中加入5价元素（人为的在半导体中加入空穴或电子），破坏半导体对电子的约束，使电子做飘逸动作，从而使电子进行定向移动形成电流。LED是在二极管的原理上制作而成的，将P/N结用环氧树脂包封起来，加入荧光粉封装而成，具有低电压高亮度，寿命长特点.
LED的相关参数：
（1）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。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压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。
（4）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。
二.LED的优点及应用
优点:
高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。
寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。
应用领域
1）、信号指示应用:信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。
2）、显示应用:指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED
应用的20%—25%，显示屏幕可分为单色和彩色。
3）、照明应用: ①便携灯具:手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等；②汽车用灯:高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等，大功率的LED已被大量用于汽车照明中。③特殊照明:太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等；由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。④背光照明:普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等，LED作为手机显示的背光源是LED应用最广泛的领域。⑤投影光源:投影仪用RGB光源；⑥普通照明:各类通用照明灯具、照明光源等；
三、LED在工厂中的制造过程以及注意事项
3.1成产流程：了解LED，应该从其生产开始，这样不论是我们在选产品的性能，研发产品都有非常大的帮助，下面就让我来简单的介绍一下其基本流程;不同厂家的制造的LED的型号有所不同，但流程差不多都是以备物料-固晶（固晶机）-进烤（烤箱）-焊线（焊线机，推拉力测试仪器）-点荧光胶（点胶机）-灌胶（搅拌机、抽真空机、灌胶机）-前切（前切机）-测试（排测机）-后切（后切机）-分光（分光机），生产流程和各站对应设备基本就这些。固晶通俗的说是用固晶胶（银胶，绝缘胶）把芯片粘在支架上，然后把胶水烤干后，进入下工序。焊线是用金线把芯片上的正负极与支架连接起来灌胶又叫点胶，是用胶水（环氧胶、硅胶）点进杯口，然后烘烤。（模压）主要是针对PCB板材，切割（分离）是把材料分成一颗一颗的分光根据客户需要，分出客户所要的色温包装分卷带包装，和散装（包装钱材料除湿）入库贴上相应的标签，流入仓库
3.2在生产过程中常见的问题以及注意事项和解决方案生产中有很多的问题，每个生产流程各不相同。固晶易出现重固，漏固，偏固，多胶，少胶，还有应该仔细认真，否则易出现料盒损坏机械的事情。焊线易出现偏焊，焊盘偏移。焊
盘脱落，金线的拉力不足，塌线，灌胶是所有流程中最重要的一环，可能有时由于烘烤的时间出错，胶水中有气泡，或者混料导致胶水的配的差异，这都会导致灯珠性能严重的损坏，有时直接导致成批量的灯会成为不合格产品。还有会出现胶量过少或过多，这都会影响灯的使用寿命或者对下一流成造成直接影响。切割（分离），分光，包装，入库这可以按一个流程来完成，这要防护好防潮，防好静电，包装时注意编料的一致性就没有什么问题。解决的办法每个工厂都各不相同，整体通过质检来严格监督每个流程中的产品质量已达到提高性能的发法。
四、LED所涉及的相应的专业知识
4.1相关术语和专业
波长：光的色彩强弱变化，是可以通过数据来描述，这种数据叫波长。我们能见到的光的波长，范围在380至780nm之间。单位：纳米（nm）
亮度：亮度是指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度。单位：尼特（nit）光强：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。单位：烛光（cd）
光通量：光源每秒钟所发出的可见光量之总和。单位：流明（Lm）光效：光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位：每瓦流明（Lm/w）。
显色性：光源对物体呈现的程度，也就是颜色的逼真程度。通常叫做"显色指数"，室内显色性通常表示为Ra，以数值表示。Ra100为日光下的显色性。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。（只有白光才有色温）单位：开尔文（k）。
眩光：视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，所造成的视觉不舒适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。
同步性：两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的方式运行，一般指内控方式的LED灯，同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。防护等级：IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级，由两个数字所组成，第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵入的等级（分0-6级），第二个数字代表灯具防湿气、防水侵入的密封程度（分0-8级），数字越大表示其防护等级越高。
光周期：自然界或人造的能够影响生物有机体的亮暗循环。T/ i" S5 s; ]8 z 光度测量：根据给定的光效函数，如V(λ)和V’(λ)，测量辐射量的方法。7 G% u9 g+ t1 P/ x* S 光强分布：光源或者灯具在空间各个方向的光强分布。6 e5 p. t% s: \5 }- U
由于LED越来越受国家和人们的重视，好多专业技术也被应用，有电子，光学，美术，物理，化学，生物等相关知识被采用，随着时间的发展，我相信会有越来越多的知识被采用。
五、LED的发展前景和困难
随着LED照明产业的发展，LED照明灯具市场发展外界传得沸沸扬扬，传的都是一些理想的理论前景发展，但是实际上每个行业也都有自己的难处，如LED照明灯具市场的冷热不均，也会出现同质化等等问题，技术上的问题也存在着瓶颈。正如目前LED路灯在应用推广中就存在着以下的苦衷。LED照明灯具在技术水平的逐渐提升、效能提高，单位在本下降的带动下，多众LED行业人士认为2012年将正式进入LED照明灯具元年，以往照明市场皆以欧美为主，根据研究机构指出，去年大陆照明市场规模已正式超越美国，而中国政府积极推动的“十城万盏”也扩大至“五十城两百万盏”的LED路灯计划，不过，由于外在环境对于LED路灯的品质影响很大，维护成本高，加上中国大陆市场牵涉政经关系。预计今年将把原本的“十城万盏”LED路灯示范工程扩大至“五十城二百万盏”，并且同时将LED国产化比例从60%
的目标提高到70%，由于这项政策的规范，已在大陆设厂的台湾LED厂将有机会藉由与中国业者携手合作方式突围，分食LED路灯示范工程的市场大饼。然而，LED 路灯虽然备受市场期待，也是各国政府的政策走向，实际上要切进这块市场却是难度重重，相较于LED室内照明，LED路灯受到外在天候环境影响极大，对于厂商而言，售后的维护维修成本相对高出许多。所以LED路灯照明发展渗透率还有待技术上的巩固LED照明灯具的品质保证和成本的下降。市场大前景是很客观的，只是做好本身的技术当然才是最好的出路，也是对整个LED路灯市场出路和前景最好的保障。
六、结束语
实践是真理的检验标准，通过这段时间的实习。我知道了很多工作常识。有辛酸也有快乐，这是我大学生活中的又一笔宝贵的财富，对我以后的学习和工作将有很大的影响。很快我们就要正式步入社会，更多的是需要我们自己去观察、学习。不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。实习带给我们的，不全是我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次实习达到了他的真正目的。
参考文献
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5.刘召军,谢旭良,李增耀,等. 热管型散热器换热性能的实验研究及数值模拟. 工程热物理学报,2009,30(7):1178-1180.
LED industrial application
[Abstract]
LED (Light Emitting Diode), light-emitting diode, is a solid state semiconductor devices, which can directly convert electric energy into light energy. LED is the heart of a semiconductor wafer, the wafer is attached LED lamp line on a bracket, is negative, the other end is connected to the positive electrode of the power, the wafer is epoxy resin package. Semiconductor chip is composed of two parts, one part is a P type semiconductor, it inside the hole is dominant, the other side is the N type semiconductor, here is mainly electronic. But linking the two semiconductor, a "P-N junction is formed between them". When the current through the wires on the chip, the electron will be to P area, complex in area P of electrons and holes, and then to form a photonic energy, this is LED light-emitting principle. The wavelength of light determines the color of light, is formed by the P-N node decisions materials [keyword] light-emitting diode P type semiconductor N type semiconductor epoxy resin phosphor electron hole
Foreword
1.1 INTRODUCTION
Lighting is the human civilization to a great revolution in the light from the darkness, it reflects the human very intelligent, on behalf of the development of history. With the rapid development of industry, people lighting the lamp is not limited to just the lighting. With the high-tech, human demand of environmental protection continuously increasing, energy saving, no pollution, low energy consumption, more and more attention by the people, so LED also slowly into people's eye. LED lighting technology is good, high content of science, because there is no ordinary light bulb filament burn, easy to produce heat deposition, light conditions, long service life, also known as longevity lamp, life is ten times more than traditional incandescent lamp. It is rich in color, energy saving and environmental protection, green lighting products lighting industry the most fashionable.
Should use
The composition of a.LED:
LED lighting is from LED III-V compounds, such as GaAs (GaAs), GaP (GAP), GaAsP (GaAsP), made of a semiconductor, which is the core of PN junction. So it is with the characteristics of I-N P-N node, namely the forward conduction, stop, reverse breakdown characteristics. In addition, under certain conditions, it also has the light emitting characteristics. In the forward voltage, electron from area N injected into the P region, P region, N region by injecting hole. Minority carrier into other areas (minority) and a portion of the majority carrier (multi) compound and light. Theory and practice prove, semiconductor material band gap width of Eg peak wavelength of light and emitting region, i.e. lambda = 1240\/Eg (mm) in which Eg is the unit of electron volts (eV). If you can produce visible light (wavelength 380nm in purple to red 780nm), semiconductor materials Eg should be between 3.26 ~ 1.63eV. The long light
than the red light to infrared light. Now the existing infrared, red, yellow, green and blue light emitting diodes, but the blue diode cost, the price is high, the use is not widespread.
Light-emitting principle of LED: LED is light emitting diode, light-emitting diode, is a semiconductor devices semiconductor divided into intrinsic semiconductor, doped semiconductor, diode is doped semiconductor, add 5 valence elements in semiconductor (the people join hole or electron in a semiconductor, semiconductor electronic failure constraints), the electron elegant action, so that the electronic directional mobile form current. LED is made in the principle of the diode, the P\/N junction with epoxy resin dip sealed up, adding fluorescent powder is packaged with a low voltage, high brightness, long life.
The relevant parameters of LED:
(1) the maximum allowable power dissipation Pm: allows to both ends of LED positive DC voltage and the current flowing through it of the product. Beyond this value, the LED heating, damage.
(2) the maximum DC current IFm: maximum DC current allows the. Beyond this value can damage the diodes.
(3) the maximum reverse voltage VRm: maximum reverse voltage allowed by the. Beyond this value, the light-emitting diode may be breakdown.
(4) the ambient temperature range of working environment of topm: light emitting diode can work normally. Below or above this temperature range, light emitting diode will not work properly, the efficiency is greatly reduced. Advantages and application of two.LED
Advantage.
High energy: energy saving and no pollution for environment protection. DC drive, ultra low power (single 0.03-0.06 Watt) electro-optical power conversion close to 100%, the same lighting effect than the traditional energy-saving light source above 80%.
Long service life: LED light source is called longevity lamp, is never extinguished the lamp. Solid cold light source, epoxy resin packaging, light and no loose parts of the body, there is no filament light-emitting burnability, thermal deposition, depreciation and other shortcomings, the service life of up to 60000 to 100000 hours, than the traditional light source life 10 times longer than.
Changeable Magic: LED light source can use red, green, blue three primary colors of the computer technology, in under the control of the three colors with 256 gray levels and arbitrary mixed, can produce 256 x 256 x 256=16777216 colors, be the most changeful form a combination of different colors, to realize the dynamic changes and all kinds of rich and colorful images.
The benefit of environmental protection: environmental benefits, no ultraviolet and infrared spectrum, no heat, no radiation, glare, and recyclable waste, no pollution, no mercury, cold light source, can be touched, belongs to the typical green lighting source.
Advanced: compared with traditional light source luminous effect monotonous, LED light source is low
Reference documentation
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