LED器件技術(shù)培訓(xùn)課件

1、LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件技術(shù)培訓(xùn),目 錄,LED概述 LED器件應(yīng)用基礎(chǔ) 光度學(xué)與色度學(xué) 視覺特性 圖像質(zhì)量的評價 LED器件工作原理 半導(dǎo)體基本發(fā)光原理 LED器件參數(shù),LED器件特性曲線 LED器件參數(shù)的測試 LED器件的驅(qū)動方式 LED器件使用的注意事項 LED制造工藝流程,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED概述,LED (Light Emitting Diode ),又稱發(fā)光二極管，它們利用固體導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端施加正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件應(yīng)用基礎(chǔ),光度學(xué) 定義： 光度是對有關(guān)

2、光的輻射能量與人眼亮度感受兩者關(guān)系的描述。 在LED器件中常用發(fā)光強(qiáng)度來說明器件的光度特殊性。發(fā)光強(qiáng)度定義為光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量,用I表示 I=d/d 光通量 單位為流明（lm）； 立體角 單位為立體弧度 ； I 發(fā)光強(qiáng)度 單位為坎德拉（cd,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件應(yīng)用基礎(chǔ),何謂光： 定義：光是電磁波的一種。波長在0.1mm-10nm之電磁波稱為光?？梢姽獾牟ㄩL范圍為380nm-760nm。波長在760nm-0.1mm的為紅外線光，波長超過0.1mm的是電波，而波長在380nm-10nm的為紫外線光。波長小于10nm的是X線光,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件應(yīng)用基礎(chǔ),色度學(xué)

3、定義： 有關(guān)色彩形成與彩色視覺關(guān)系的描述。 在不同環(huán)境下，肉眼對不同顏色光線的敏感程度不同；（如在暗視覺敏曲線中最敏感部位光線的波長比暗視覺敏曲線中之波長小于50nm，兩者最敏感光線有所不同）. 波長 定義： 波長是決定半導(dǎo)體發(fā)光之顏色的主要參數(shù) ，且不同波長其發(fā)光顏色也隨之變化?？梢姽庵ㄩL介于380nm-760nm之間，大致分類為：暗紅色（700nm）、深紅色（640-660nm）、桔紅色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm）、黃色（580-595nm）、黃綠色（565-575nm）、純綠（500-540nm）、藍(lán)色（435-490nm）、紫色(380-430nm,明暗相對視

4、明函數(shù)曲線,波長,暗視覺,明視覺,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件應(yīng)用基礎(chǔ),視覺特征：是各種顯示設(shè)備設(shè)計時需認(rèn)真考慮的一個重要因素，它大部份取結(jié)于人的主觀感受。應(yīng)注意以下幾點： 1、亮度的對比靈敏度； 2、空間分辨力； 3、馬赫效應(yīng)； 4、視沉惰性； 圖像質(zhì)量的評價： 1、滿足顯示效果之要求（如發(fā)光亮度、顏色等）； 2、檢定人必須客觀公正，按行業(yè)之標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適度地評判,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,半導(dǎo)體基本發(fā)光原理： 發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)是由半導(dǎo)體材料制成的元件。其晶片發(fā)光原理是：在晶片的PN結(jié)上加正向電壓時，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動大于漂移運(yùn)動，致使P區(qū)的

5、空穴（即電洞）注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，在相互注入的電子和空穴相遇后就產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時發(fā)出的能量則大部份以光的形式出現(xiàn)。晶片的發(fā)光部分是PN接合部份（即PN結(jié)面，一般部份稱為活性層）進(jìn)行發(fā)光，再從晶片表面向外發(fā)出,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,LED器件技術(shù)參數(shù) 在工程應(yīng)用中，正確掌握和理解LED器件的參數(shù)成功設(shè)計的基礎(chǔ)。LED器件的參數(shù)可以分為電參數(shù)、光參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 一、極限參數(shù) 極限參數(shù)是指在應(yīng)用中不得超過的各種量值。 （極限功耗PM） Led器件正常工作于正偏置狀態(tài)，正向電流沿正向電壓方向流過，電場做功一部份轉(zhuǎn)化成為光能，還有相當(dāng)部份轉(zhuǎn)化為熱能，引起PN結(jié)發(fā)熱，使

6、結(jié)溫上升。當(dāng)溫度上升達(dá)到其最大值TJM時，器件的耗散功率就不允許增加，這時的功率即為極限功耗PM （極限工作電流IFM) 極限工作電流是因極限功耗而引起的參數(shù)。當(dāng)LED器件處于正偏置時，其正向電壓的變化很小，引起耗散功率增加的原因是正向電流的增加,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,最高允許反向電壓VS) LED器件也和其它二極管一樣，在反向偏置時當(dāng)反向電壓加大到一定程度就會引起擊穿。LED器件的反向擊穿電壓相當(dāng)?shù)?，一般只有四五伏特，而且LED器件一旦擊穿之后，就會造成永久性的損壞，因此不要對LED器件進(jìn)行反向擊穿試驗。在進(jìn)行破壞試驗時是可以測試反向擊穿電壓的。 (最大允許正向脈沖電流I

7、FP) LED發(fā)光器件，在一定頻率、一定占空比的正向電流驅(qū)動下，所能承受的最大正向脈沖電流就是最大允許正向脈沖電流。由于是在脈沖方式下工作，所以在同等結(jié)溫限制條件下，正向脈沖電流的最大允許值要比直流值大,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,電參數(shù) 順向電壓（VF）：一般指在一定的正向工作電流條件下并能使晶片導(dǎo)通的正向壓降。VF隨IF的變化而稍有變化，其值也與溫度有關(guān)，隨溫度的上升VF有所下降。VF之值視LED器件所用半導(dǎo)體材料的不同而不同一般在1.7V3V之間。順向電壓過大，會使晶片擊穿（即燒死）。 順向電流（IF）：是指晶片在施加順向電壓后，所產(chǎn)生的一個正向?qū)娏?。此電流大小，是跟V

8、F值的大小有關(guān)。一般晶片正常工作電流在10mA-20mA左右。瞬間承受最大電流一般可達(dá)到160mA-200mA左右。 逆向電壓（VR）：是指施加到晶片上的反向電壓。 逆向電流（IR）：是指晶片施加反向電壓后，所產(chǎn)生的一個漏電流。此電流是越小越好。因為電流大了容易造成反向擊穿。 導(dǎo)通時間T on:當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動下工作時，在脈沖的下降沿從受激射開始到達(dá)到發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定值的90為止所需要的時間。 截止時間T ct:當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動下工作時，在脈沖的下降沿從受激輻射結(jié)束到發(fā)光強(qiáng)度下降到穩(wěn)定值的10為止所需要的時間,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,光參數(shù) 發(fā)光強(qiáng)度IV：沿LED發(fā)光器件

9、發(fā)光面法線方向的發(fā)光強(qiáng)度。由于發(fā)光強(qiáng)度與正向電流有關(guān)，所以在表明發(fā)光強(qiáng)度時應(yīng)該以一定的正向工作電流為條件。一般取IF=20mA（參IV與IF特性曲線圖）。 發(fā)光波長P：普通LED器件所發(fā)出的光，其光譜在一個較窄的波長范圍內(nèi)變化，不同波長之所發(fā)出的光強(qiáng)也有所不同，其值與LED器件所用半導(dǎo)體材料有關(guān),LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,特性曲線 發(fā)光強(qiáng)度IV與正向電流IF的關(guān)系曲線總體上看發(fā)光強(qiáng)度是隨正向電流的增加而增加的，但是不同半導(dǎo)體材料制成的LED器件，其發(fā)光強(qiáng)度IV與正向電流IF的變化關(guān)系有所不同。 不同的IV與IF的關(guān)系曲線描述了為達(dá)到所需要的發(fā)光強(qiáng)度，LED應(yīng)該用多大的電流來驅(qū)動

10、。曲線越陡，達(dá)到同樣發(fā)光強(qiáng)度所需要的驅(qū)動電流越小，因而發(fā)熱量就小，有利于器件的工作,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,伏安特性 發(fā)光二極管的電流與電壓之間的關(guān)系和其它電器元件一增，稱為伏安特性。由于LED器件的主要功能是發(fā)光，因此正向特性十分重要，而反向特性意義不大，所以LED器的伏安特性一般就是指它的正向特性。 發(fā)光二極管的伏安特性與一般二極管基本相似，只是開始導(dǎo)通的正向電壓比較大，大約在1.6V3.0V之間，視不同的半導(dǎo)體材料而定,正向伏安特性曲線,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件參數(shù)的測試,LED器件參數(shù)包括以下兩個： 1、電參數(shù)的測量 2、光參數(shù)的測量,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED

11、器件的工作原理,LED器件的驅(qū)動方式 從LED器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向LED器件施加正向電壓時，流過器件的正向電流使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動就是如何使它的PN結(jié)處于正偏置，而且為了控制（調(diào)節(jié)）它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方法可以分為直流驅(qū)動，恒流驅(qū)動，脈沖驅(qū)動和掃描驅(qū)動等。 直流驅(qū)動 直流驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方法，由電阻R與發(fā)光二極管LED串聯(lián)后直接連接到電源Vcc上。連接時令LED的陰極接電源的負(fù)極方向，陽極接正極方向。只要保證LED處于正偏，發(fā)光二極管與電阻的位置是可以互換的。 在直流驅(qū)動方式可分串聯(lián)與并聯(lián)兩種,R,Vcc,LED,LED直流驅(qū)動,LED器件技術(shù)培

12、訓(xùn),LED器件的工作原理,恒流驅(qū)動 由于LED器件正向特性比較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電源電壓和同樣的限流電阻的情況下，引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。所以在使用LED器件時可以選用晶體管進(jìn)行匹配使用（因晶體管的輸出特性具有恒流性質(zhì)）。參例,基極電流控制,基極電壓控制,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,脈沖驅(qū)動 利用人眼的視覺惰性，采用向LED器件重復(fù)供電的方法使之點亮，就是通常說的脈沖驅(qū)動方式。 脈沖驅(qū)動方式時應(yīng)該注意兩個問題： a、脈沖電流幅值的確定； b、重復(fù)頻率的選擇。 脈沖驅(qū)動的主要應(yīng)用有兩個方面（掃描驅(qū)動與占空比控制）： a、掃描驅(qū)動的主要目的是節(jié)約驅(qū)動器、簡化電路； b、占空

13、比控制的主要目的是調(diào)節(jié)器件的發(fā)光強(qiáng)度，多用于圖像顯示中灰度級控制，兩者兼容。 Ia=（1/t）idt=If(Ton/T,LED脈沖驅(qū)動,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,掃描驅(qū)動 掃描驅(qū)動是通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用節(jié)省控制驅(qū)動電路,R1,R2,Rn,LEDn,LED1,Ton1,Ton2,Toff1,Toffn,Tonn,LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,LED器件使用的注意事項 LED二極管焊接過程的技術(shù)要求 白光（藍(lán)光、綠光同白光）LED二極管在焊接的過程中請嚴(yán)格遵守以下要求操作： 1工人生產(chǎn)時一定要戴防靜電手套，防靜電手腕，電烙鐵一定要接地，嚴(yán)禁徒手

14、觸摸白光LED的兩只引線腳。因為白光LED的防靜電為100V，而人在工作臺上工作濕度為60%-90%時人體的靜電會損壞發(fā)光二極管的結(jié)晶層，工作一段時間后（如10小時）二極管就會失效（不亮）。嚴(yán)重時會立即失效。 2焊接溫度為260，3秒。溫度過高，時間過長會燒壞芯片。為了更好地保護(hù)LED，LED膠體與PC板應(yīng)保持2mm以上的間距，以使焊接熱量在引腳中散除。 3LED的正常工作電流為20mA，電壓的微小波動（如0.1V）都將引起電流的大幅度波動（10%-15%）。因此，在電路設(shè)計時應(yīng)根據(jù)LED的壓降配對不同的限流電阻，以保證LED處于最佳工作狀態(tài)。電流過大，LED會縮短壽命，電流過小，達(dá)不到所需光

15、強(qiáng),LED器件技術(shù)培訓(xùn),LED器件的工作原理,正確選擇和應(yīng)用LED器件： 為了使LED顯示屏達(dá)到理想的顯示效果，需要正確選擇和運(yùn)用LED器件，應(yīng)該注意以下各點： 正確選擇LED器件的發(fā)光強(qiáng)度。 正確選擇器件發(fā)光的顏色，有助于提高顯示亮度的主觀感受。 在LED顯示屏的安裝方面需要注意的問題，主要有屏體大小與觀察距離的關(guān)系和安裝傾角等。 屏體安裝時，應(yīng)注意器件發(fā)光的指向性，當(dāng)屏體安裝高度很高時，應(yīng)該使屏體保持一定的傾角，以便使發(fā)光的主要方向指向最佳觀察位置。 此外，屏體的安裝還要注意顯示屏的電磁輻射對外界影響，以及外界電磁輻射對顯示屏的影響。戶外顯示屏為避免陽光照射造成反差降低的后果，可以考慮加裝

16、整體的或分散到每個光源的遮光板或罩,LED器件技術(shù)培訓(xùn),Led工藝制造流程,上游磊晶 中游晶粒 下游封裝,LED器件技術(shù)培訓(xùn),晶片制程,是由-族化合物.如GaAS、GaP、GaASP/GaALAS、InGaALP、GaN等半導(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié),因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性,即正向?qū)ǚ聪蚪刂?擊穿特性.此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性,在正流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光.若能產(chǎn)生可見光(波長在380mm紫光-780nm紅光) 在半導(dǎo)體中會使有到幾個名詞： 1傳導(dǎo)帶：是指有自由移動電子存在之場所。 2價電子帶：是指不能自由移動之電子存在之場所。 3禁制帶：是指在價電子帶和傳導(dǎo)帶之間，是沒有電子亦沒有空穴（電洞）之間隙,LED器件技術(shù)培訓(xùn),晶片發(fā)光顏色（即波長）和能量的關(guān)系,其中 E：電子（或電洞）之放出能量。 C：光速：3108 m/s ：波長 h：普郎克（Planck）常數(shù)：6.62610-34J.S 轉(zhuǎn)換后：=120/E 所以說晶片的發(fā)光顏色跟能量的大小有關(guān)，能量越小，波長就越長。而能量的大小是跟禁制帶的寬度有關(guān)。禁制帶越寬，能量就越大，波長就越小。 例：鎵砷（GaAs）之禁制帶寬度（即帶隙）為1.35Ev 1240