4发光二极管(LED)显示技术

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到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出 灰白绿光。LED采用双层磷化镓芯片(一个红色另一个是绿 色)能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制 造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70 年代末，它能发出纯绿色的光。 80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮 度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。 到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、 黄和绿光的LED。 90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出 能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。
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五、环氧树脂：
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白色发光二极管的发光原理
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与其它发光二极管的发光原理稍有一点 不同。目前有两种发光模式能使发光二 极管发出白色光。 蓝色光＋黄色光 发光模式的白色发光二 极管，其基础部分是一颗蓝色发光二极 管，在蓝色发光二极管芯片的外面覆盖 一层荧光体层，当蓝色发光二极管芯片 发射出来的蓝色光，有一部分在透过荧 光体时被荧光体吸收，变成了黄光，黄 光又与透过荧光体的蓝光混合后就发出 白色光。例如有的白色发光二极管发出 的光是纯白的，而有的发出的光是白偏 蓝的。
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亮度高 工作电压低 功耗小 小型化 寿命长 耐冲击 性能稳定。
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LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更 高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性， 可靠性、全色化方向发展。
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地砖灯
白色LED照明灯
礼品灯
手电筒 7
360° LED环形显示器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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LED发展简史
光二极管的显示方式，靠灯的亮灭来显示。用来显示文 字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种 信息的显示屏幕。
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LED显示屏不仅可以用于室内环境还可以用于室外环 境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优 点。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本 身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：
超亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹 上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自芯片上的蓝色光源再 转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。 今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如粉红 色。 然而，LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计 算机一样，遵守摩尔定律的发展。每隔18个月它的亮度就 会增加一倍。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算 器显示屏和数码手表。今天，白光LED发光效率最高已超 过100lm/W, 市场应用领域的白光LED光效一般约在70lm/W 左右，已经远远超过传统节能灯，如今超亮LED已广泛用 于照明中，LED时代已经来临。
Imax Ton
Lavg
T
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PWM调光优点：
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LED的发光亮度可以用改变其电流的方法来实现。但是 这种模拟亮度控制方法会产生色偏现象。也就是它所发 出光线的波长将会随着其正向电流而改变，这是令人不 可接受的。 采用PWM的方式来对LED进行亮度调节。不同的占空比 就可以得到不同的亮度，这相当于用改变LED导通的时 间来改变亮度，而每次导通所达到的正向电流是不变的 ，所以其色谱也就不会改变。为了得到不同的亮度，就 要求能够精确控制PWM的宽度。一个12位精度的PWM 可以实现4096级灰度。由于流经每个LED的正向电流持 续保持一致，因而色彩坐标不会偏移。
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大多数便携式电子产品都采用锂离子电池作电源，它们在 充满电之后约为4.2 V，安全放完电后约为2.8 V，显然白光 LED不能由电池直接驱动。如果能够对LED的正向电流直接 进行恒流驱动的话，只要恒流值相同，各LED的发光强度 就比较相近。考虑到晶体管的输出特性具有恒流的性质， 所以可以用晶体管来驱动LED，如图4.3（b）所示。
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1972年，斯坦福大学的赫伯· 马洛斯卡（Herb Maruska ）与威利· 怀恩斯（Wally Rhines），以及该校的材料科 学与工程学博士研究生们研发出了第一种能发出蓝紫 光的LED，这种LED的材料为掺镁（Mg）的氮化镓， 发出的光太弱，不足以投入实际使用。 1980年代初，已是年过五旬的赤崎勇带着学生天野浩 重启了有关氮化镓的研究。1986年，他们成功制出了 以前被认为不可能制造出的氮化镓晶体。1989年，他 们发现这将电流通入晶体的话，后者的发光可以得到 增强。随后，日亚化学工业的员工中村修二注意到了 赤崎勇师徒的研究成果。他顺着师徒的研究方向，最 终在1993年制出了高亮度的蓝光LED。 2014年，蓝光LED的发明人中村修二与天野浩与赤崎 勇获得了该年度的诺贝尔物理学奖。
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4.1 发光二极管基本知识
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半导体光源的物理基础 发光二极管的结构 发光二极管的驱动 发光二极管的特点及应用
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4.1.1半导体光源的物理基础
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发光二极管（LED）：固态半导体器件 核心：半导体的晶片
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P型半导体：空穴占主导地位 N型半导体：电子占主导地位
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LED发光机理：电子与空穴发生复合时放出的能量
P
内建电场 空间电荷区
N + + + + + + + + + + + + + + + +
电子
+ + + +
空穴 15
扩散 漂移
能带理论简要介绍
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能带内的电子可以连续存在，能带之间无电子存在。 较高能量的区域为填满电子的能带称为导带，较低能 量的区域填满电子的能带称为价带。导带和价带之间 就是禁带。 带隙/能隙，导带最低点和价带最高点的能量之差。
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LED脉冲驱动原理
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此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通断电的方式 使LED器件点燃的方法就是脉冲驱动法，如图4.3（c）所示。
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脉宽调制 （Pulse-Width Modulation，PWM）技术是一种传 统的调光方式，它利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱 动器，系统只要通过调节脉冲的占空比就可获得合适的平 均电流，从而调节LED的亮度。该技术的优点在于：能够 提供高质量的白光、应用简单、效率高。但有一个致命的 缺点是容易产生电磁干扰，有时甚至会产生人耳能听见的 噪声。
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另一种是采用三波长蓝色光＋绿色 光＋红色光 发光模式的全彩色发 光二极管。将红、绿、蓝三颗发光 二极管封装在同一个管壳中，三种 原色的光混合也可以产生出白光， 成本要相对较高，主要是用来制造 全彩色显示屏。 白色发光二极管的正向电压降约为 3.5V左右，需要正向工作电流 ≥15mA左右时，才能使其正常发光。
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= ice
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提高出光效率
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LED材料折射率很高 n = 3.6 反射率=(n1-n2)2/(n1+n2)2 提高外部出光效率的方法：降低反射率，提高透过 率
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（1）用折射率高的透明材料（环氧树脂）覆盖在芯片 表面。 （2）把芯片晶体表面加工成半球形
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4.1.2 发光二极管(LED)的结构
第4章 发光二极管(LED)显示技术
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4.1 发光二极管基本知识 4.2 发光二极管显示器件
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引言
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LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，
简称LED。
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LED是一种固态发光，是利用半导体或类似结构把电能 转换成光能的元件，属于低场下的注入式电致发光。
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LED显示屏（LED panel）是一种通过控制大量半导体发
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4.1.3发光二极管的驱动
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LED 是由电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例 关系。有两种方法可以控制正向电流。 1、电阻限流方式。利用电源电压和限流电阻，来确定 产生预期正向电流所需要向 LED 提供的电压。但这种 方法有一些缺点，如 LED正向电压的任何变化都会导 致 LED 电流的变化。 2、利用固定电流来驱动 LED。固定电流可消除正向电 压变化所导致的电流变化，因此，可产生固定的 LED 亮度。 3、对于要求较高的LED驱动来说，除了采用恒流驱动 外，还可以采用脉冲电路驱动，其控制部分采用脉宽 调制方式，与恒流控制方式相比，控制部分的控制效 率高、节能。同时便于LED的亮度调节，这是采用脉 冲电源驱动方式最大的优势。
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一、支架：
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作用：用来导电和支撑 组成：支架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。 种类：带杯支架做聚光型，平头支架做大角 度散光型的Lamp。
二、银胶
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作用：固定晶片和导电的作用。 主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧 树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。 使用：冷藏，使用前需解冻并充分搅拌均匀 ，因银胶放置长时间后，银粉会沉淀，如不 搅拌均匀将会影响银胶的使用性能。
（P/N结构）晶片，晶片的焊垫一般为金垫 或铝垫。焊垫形状有圆形、方形、十字形等
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三、晶片（Chip）：
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四、金线：
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作用：连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使 其能够导通 纯度为99.99%Au；金线的直径16m—50m 等。 作用：保护Lamp的内部结构，可稍微改变 Lamp的发光颜色，亮度及角度；使Lamp成 形。 包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP （扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。 其主要成分为环氧树脂（Epoxy Resin）、酸 酐类（酸无水物 Anhydride）、高光扩散性 填料（Light diffusion）及热安定性染料（ dye）