1、 LED器件技术培训科普电子内部教育训练教材目 录 LED概述 LED器件应用基础 光度学与色度学 视觉特性 图像质量的评价 LED器件工作原理 半导体基本发光原理 LED器件参数 LED器件特性曲线 LED器件参数的测试 LED器件的驱动方式 LED器件使用的注意事项 LED制造工艺流程科普电子内部教育训练教材LED概述 LED (Light Emitting Diode ),又称发光二极管，它们利用固体导体芯片作为发光材料，当两端施加正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。科普电子内部教育训练教材LED器件应用基础 光度学定义：光度是对有关 光的辐射能量
2、 与人眼亮度感受两者关系的描述。在 LED器件中常用发光强度来说明器件的光度特殊性。发光强度定义为光源在单位立体角内发出的光通量 ,用 I表示I=d /d光通量 单位为流明（ lm）； 立体角 单位为立体弧度 ；I 发光强度 单位为坎德拉（ cd）。相对视明函数曲线波长科普电子内部教育训练教材LED器件应用基础 何谓光：定义：光是电磁波的一种。波长在 0.1mm-10nm之电磁波称为光。可见光的波长范围为380nm-760nm。波长在 760nm-0.1mm的为红外线光，波长超过 0.1mm的是电波，而波长在 380nm-10nm的为紫外线光。波长小于 10nm的是 X线光。科普电子内部教育训
3、练教材LED器件应用基础 色度学定义：有关色彩形成与彩色视觉关系的描述。在不同环境下，肉眼对不同颜色光线的敏感程度不同；（如在暗视觉敏曲线中最敏感部位光线的 波长 比暗视觉敏曲线中之波长小于 50nm，两者最敏感光线有所不同） . 波长定义：波长是决定半导体发光之颜色的主要参数 ，且不同波长其发光颜色也隨之变化。可见光之波长介于 380nm-760nm之间，大致分类为：暗红色（ 700nm）、深红色（ 640-660nm）、桔红色（ 615-635nm）、琥珀色（ 600-610nm）、黄色（ 580-595nm）、黄绿色（ 565-575nm）、纯绿（ 500-540nm）、蓝色（ 435-
4、490nm）、紫色 (380-430nm)。明暗相对视明函数曲线波长暗视觉 明视觉科普电子内部教育训练教材LED器件应用基础 视觉特征：是各种显示设备设计时需认真考虑的一个重要因素，它大部份取结于人的主观感受。应注意以下几点：1、亮度的对比灵敏度；2、空间分辨力；3、马赫效应；4、视沉惰性； 图像质量的评价：1、满足显示效果之要求（如发光亮度、颜色等）；2、检定人必须客观公正，按行业之标准进行适度地评判。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 半导体基本发光原理： 发光二极管 (Light Emitting Diode)是由半导体材料制成的元件。其晶片发光原理是：在晶片的 PN结上加正向
5、电压时，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使 P区的空穴（即电洞）注入到 N区， N区的电子注入到 P区，在相互注入的电子和空穴相遇后就产生复合，复合时发出的能量则大部份以光的形式出现。晶片的发光部分是 PN接合部份（即 PN结面，一般部份称为活性层）进行发光，再从晶片表面向外发出。P N+ -ERa+ - - -+ +P N- +E+ - - -+ +- + + -科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 LED器件技术参数在工程应用中，正确掌握和理解 LED器件的参数成功设计的基础。 LED器件的参数可以分为电参数、光参数和结构参数。一、极限参数极限参数是指在应用中不得超过的各种量值。（
6、极限功耗 PM）Led器件正常工作于正偏置状态，正向电流沿正向电压方向流过，电场做功一部份转化成为光能，还有相当部份转化为热能，引起 PN结发热，使结温上升。当温度上升达到其最大值 TJM时，器件的耗散功率就不允许增加，这时的功率即为 极限功耗 PM（极限工作电流 IFM)极限工作电流是因极限功耗而引起的参数。当 LED器件处于 正偏置 时，其正向电压的变化很小，引起耗散功率增加的原因是正向电流的增加。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理（最高允许反向电压 VS)LED器件也和其它二极管一样，在反向偏置时当反向电压加大到一定程度就会引起击穿。 LED器件的反向击穿电压相当低，一般只有四
7、五伏特，而且 LED器件一旦击穿之后，就会造成永久性的损坏，因此不要对 LED器件进行反向击穿试验。在进行破坏试验时是可以测试反向击穿电压的。(最大允许正向脉冲电流 IFP)LED发光器件，在一定频率、一定占空比的正向电流驱动下，所能承受的最大正向脉冲电流就是最大允许正向脉冲电流。由于是在脉冲方式下工作，所以在同等结温限制条件下，正向脉冲电流的最大允许值要比直流值大。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 电参数 顺向电压（ VF）： 一般指在一定的正向工作电流条件下并能使晶片导通的正向压降。 VF随 IF的变化而稍有变化，其值也与温度有关，随温度的上升 VF有所下降。VF之值视 LED
8、器件所用半导体材料的不同而不同一般在 1.7V3V之间。顺向电压过大，会使晶片击穿（即烧死）。 顺向电流（ IF）： 是指晶片在施加顺向电压后，所产生的一个正向导通电流。此电流大小，是跟 VF值的大小有关。一般晶片正常工作电流在 10mA-20mA左右。瞬间承受最大电流一般可达到 160mA-200mA左右。 逆向电压（ VR）： 是指施加到晶片上的反向电压。 逆向电流（ IR）： 是指晶片施加反向电压后，所产生的一个漏电流。此电流是越小越好。因为电流大了容易造成反向击穿。 导通时间 T on:当器件在脉冲电流驱动下工作时，在脉冲的下降沿从受激射开始到达到发光强度稳定值的 90为止所需要的时间
9、。 截止时间 T ct:当器件在脉冲电流驱动下工作时，在脉冲的下降沿从受激辐射结束到发光强度下降到稳定值的 10为止所需要的时间。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 光参数 发光强度 IV： 沿 LED发光器件发光面法线方向的发光强度。由于发光强度与正向电流有关，所以在表明发光强度时应该以一定的正向工作电流为条件。一般取 IF=20mA（参 IV与 IF特性曲线图）。 发光波长 P： 普通 LED器件所发出的光，其光谱在一个较窄的波长范围内变化，不同波长之所发出的光强也有所不同，其值与 LED器件所用半导体材料有关。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 特性曲线 发光强度 I
10、V与正向电流 IF的关系曲线总体上看发光强度是随正向电流的增加而增加的，但是不同半导体材料制成的 LED器件，其发光强度 IV与正向电流 IF的变化关系有所不同。 不同的 IV与 IF的关系曲线描述了为达到所需要的发光强度，LED应该用多大的电流来驱动。曲线越陡，达到同样发光强度所需要的驱动电流越小，因而发热量就小，有利于器件的工作。IV与 IF关系曲线IF（ mA）Iv(mcd)科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 伏安特性 发光二极管的电流与电压之间的关系和其它电器元件一增，称为伏安特性。由于 LED器件的主要功能是发光，因此正向特性十分重要，而反向特性意义不大，所以 LED器的伏
11、安特性一般就是指它的正向特性。 发光二极管的伏安特性与一般二极管基本相似，只是开始导通的正向电压比较大，大约在 1.6V3.0V之间，视不同的半导体材料而定。 正向伏安特性曲线科普电子内部教育训练教材LED器件参数的测试LED器件参数包括以下两个：1、电参数的测量2、光参数的测量科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 LED器件的驱动方式 从 LED器件的发光机理可以知道，当向 LED器件施加正向电压时，流过器件的 正向电流 使其发光。因此 LED的驱动就是如何使它的 PN结处于正偏置，而且为了控制（调节）它的发光强度，还要解决 正向电流的调节问题 。具体的驱动方法可以分为 直流驱动，恒
12、流驱动，脉冲驱动和扫描驱动等。 直流驱动 直流驱动是最简单的驱动方法，由电阻 R与发光二极管 LED串联后直接连接到电源 Vcc上。连接时令 LED的阴极接电源的负极方向，阳极接正极方向。只要保证 LED处于正偏，发光二极管与电阻的位置是可以互换的。 在直流驱动方式可分 串联与并联 两种。RVccLEDIUIfVf VccVcc/RLED直流驱动科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 恒流驱动 由于 LED器件正向特性比较陡，加上器件的分散性，使得在同样电源电压和同样的限流电阻的情况下，引起发光强度的差异。所以在使用LED器件时可以选用晶体管进行匹配使用（因晶体管的输出特性具有恒流性质）
13、。参例：基极电流控制 基极电压控制科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 脉冲驱动 利用人眼的视觉惰性，采用向 LED器件重复供电的方法使之点亮，就是通常说的脉冲驱动方式。 脉冲驱动方式时应该注意两个问题：a、脉冲电流幅值的确定；b、重复频率的选择。 脉冲驱动的主要应用有两个方面（扫描驱动与占空比控制）：a、扫描驱动的主要目的是节约驱动器、简化电路；b、占空比控制的主要目的是调节器件的发光强度，多用于图像显示中灰度级控制，两者兼容。Ia=（ 1/t） idt=If(Ton/T)R脉冲源 LEDiIaToffTTontIfLED脉冲驱动 科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 扫描驱
14、动 扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干 LED器件轮流导通，用节省控制驱动电路。R1 R2 RnLEDnLED1Ton1Ton2Toff1ToffnTonn科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 LED器件使用的注意事项 LED二极管焊接过程的技术要求 白光（蓝光、绿光同白光） LED二极管在焊接的过程中请严格遵守以下要求操作： 1工人生产时一定要戴防静电手套，防静电手腕，电烙铁一定要接地，严禁徒手触摸白光LED的两只引线脚。因为白光 LED的防静电为 100V，而人在工作台上工作湿度为 60%-90%时人体的静电会损坏发光二极管的结晶层，工作一段时间后（如 10小时）二极管就会失效（不
15、亮）。严重时会立即失效。 2焊接温度为 260 ， 3秒。温度过高，时间过长会烧坏芯片。为了更好地保护 LED， LED胶体与 PC板应保持 2mm以上的间距，以使焊接热量在引脚中散除。 3 LED的正常工作电流为 20mA，电压的微小波动（如 0.1V）都将引起电流的大幅度波动（ 10%-15%）。因此，在电路设计时应根据 LED的压降配对不同的限流电阻，以保证 LED处于最佳工作状态。电流过大， LED会缩短寿命，电流过小，达不到所需光强。科普电子内部教育训练教材LED器件的工作原理 正确选择和应用 LED器件：为了使 LED显示屏达到理想的显示效果，需要正确选择和运用 LED器件，应该注
16、意以下各点： 正确选择 LED器件的发光强度。 正确选择器件发光的颜色，有助于提高显示亮度的主观感受。 在 LED显示屏的安装方面需要注意的问题，主要有屏体大小与观察距离的关系和安装倾角等。 屏体安装时，应注意器件发光的指向性，当屏体安装高度很高时，应该使屏体保持一定的倾角，以便使发光的主要方向指向最佳观察位置。 此外，屏体的安装还要注意显示屏的电磁辐射对外界影响，以及外界电磁辐射对显示屏的影响。户外显示屏为避免阳光照射造成反差降低的后果，可以考虑加装整体的或分散到每个光源的遮光板或罩。科普电子内部教育训练教材Led工艺制造流程 上游磊晶 中游晶粒 下游封装单晶片（ - 族基板） 结构设计 结
17、构成长结构成长材料特性 /厚度测量磊晶片 金属膜蒸镀 光罩 蚀刻 热处理切割崩裂测量晶粒 固晶 粘着 打线 树脂封装烘烤测试包装科普电子内部教育训练教材晶片制程 是由 - 族化合物 .如 GaAS、 GaP、GaASP/GaALAS、 InGaALP、 GaN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 ,在正流子 (少子 )一部分与多数载流子 (多子 )复合而发光 .若能产生可见光 (波长在 380mm紫光 -780nm红光 ) 在半导体中会使有到几个名词： 1传导带：是指有自由移动
18、电子存在之场所。 2价电子带：是指不能自由移动之电子存在之场所。 3禁制带：是指在价电子带和传导带之间，是没有电子亦没有空穴（电洞）之间隙。E价电带 空穴导带 电子禁带EnEH科普电子内部教育训练教材晶片发光颜色（即波长 ）和能量的关系 其中 E ：电子（或电洞）之放出能量。 C：光速： 3108 m/s ：波长 h：普郎克（ Planck）常数： 6.62610-34J.S 转换后： =120/E 所以说晶片的发光颜色跟能量的大小有关，能量越小，波长就越长。而能量的大小是跟禁制带的宽度有关。禁制带越宽，能量就越大，波长就越小。 例：镓砷（ GaAs）之禁制带宽度（即带隙）为 1.35Ev 1240/1.35=918nm为红外线 LED 镓磷（ Gap）之禁制带宽度为 2.24eV 1240/2.24=554nm为纯绿色 LED科普电子内部教育训练教材产品展示LED点阵 LED户外显示屏 LED灯饰LED数码管科普电子内部教育训练教材电性参数 /色谱科普电子内部教育训练教材LED-DISPLAY的结构及用途 LED-DISPLAY的结构（物料名称）：PIN针（引脚）、 PCB（线路板）、 LED-CHIP（晶片）、银胶、 REF（反射盖）、铝线、 (Epoxy-resin)环氧树脂。科普电子内部教育训练教材结束语The endTKS！科普电子内部教育训练教材
