专题二：发光二极管(LED)显示技术分解培训讲学.ppt

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1、专题二：发光二极管(LED)显示技术分解2.1LED的发光原理当给PN结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了PN结动态平衡，产生少数载流子的电注入。空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去或非辐射形式（转变成热能或激发别的载流子）。PN结加正向电压热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。在常态下及PN结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合。2.1LED的发光原理PN结加反向电压PN结加反向电压时

2、，内建电场被增强，势垒高度升高，空间电荷区宽度变宽。阻值空穴从P区注入N区，同样阻止电子从N区注入到P区，少数载流子难以注入，几乎没有电流通过。在某些半导体材料的PN结两端加上正向电压，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LED（LightEmittingDiode发光二极管）。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。电子和空穴之

3、间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量决定了光的颜色，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。2.1LED的发光原理LED的核心是一个半导体的PN结晶片，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。PN结晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端是正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。LED主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。1、支架作用：用来导电和支撑。组成：由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。种

4、类：带杯支架做聚光型，平头支架做大角度散光型。2、银胶固定晶片和导电的作用。3、晶片（Chip）LED的核心，是发光的半导体材料。4、金线连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。5、环氧树脂保护内部结构。2.2LED的结构（1）主动发光，亮度高，一般产品发光强度大于1cd，高的可达10cd；（2）单只LED功耗低。LED直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。但由多只LED构成矩阵显示屏，总体功耗就不低了。（3）

5、为非相干光，光谱较宽，发散角大；（4）发光颜色非常丰富；通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。（5）坚固而耐用。LED的晶片被完全的封装在环氧树脂里面。小巧的环氧树脂颗粒极难摔破，整个灯体也没有松动的部分；里面的晶片极难摔断，也少有热效应而可能挥发、熔断。这些特点使得LED很难损坏。2.3LED的特点（6）性能稳定，工作温度范围宽，寿命长（100000小时）；（7）响应速度快，纳秒级。（8）发光效率受温度的影响。温度上升时复合率下降，大体上温度每上升1摄氏度，发光效率相应减少1%。（9）体积小。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻

6、。尺寸小；（10）安全环保。LED使用低压的直流电源（可将交流电整流为直流电），供电电压在6～24V之间，因产品不同而有所差异。LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，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，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源2.3LED的特点LED的发光效率取决于三个过程：（1）超额少子的激发；（2）载流子的辐射复合；（3）产生的光从晶体中逸出的比例。因此总的转换效率：因为功率效率约为1，所以led的发光效率一般称为外部量子效率。内部量子效率其实就是组件本身的电光转换效率，主要与PN结芯片本身的特性，如PN结芯

7、片材料的能带、缺陷、杂质、组件的垒晶组成及结构等相关。光学效率（取出效率）指组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后实际上在组件外部可测量到的光子数目。因此，相关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差、组件结构的散射特性等。2.4LED的发光效率产生超额少子的功率效率内部量子效率光学效率外部量子效率LED的电光转换率只有20%～30%，这效率不高，如何提高LED发光效率?（1）掺杂浓度的选择（提高内部量子效率出发）LED的材料和工艺应保证晶格完整和避免有害杂质混入。因为注入载流子中