专题二： 发光二极管(LED)显示技术.pptVIP

专题二：发光二极管（LED）显示技术; 2.1 LED的发光原理; 2.1 LED的发光原理; 2.1 LED的发光原理; 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（Light Emitting Diode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。; 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。 ;（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）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???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。 ;（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。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 ; 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：; 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。因为注入载流子中有一部分是通过晶格缺陷和有害杂质形成的俘获中心的非辐射复合的，不发光。 扩散流由电子扩散流和空穴扩散流组成，但往往只有一种对光的贡献大。如发红光的LED主要靠电子扩散流再P区复合，应增加电子扩散流在总扩散流中的份额。 （2）选择适合的结深（提高内部量子效率出发） 正向偏置时，电子从N区注入到P区后，不断复合和发光，并假设由P区射出。为了保证充分复合，PN结应深一些，但PN结深了会使光在出射过程中被吸收增加，因此PN结深需又一个最佳值。; 2.4 LED的发光效率; 2.4.1 LED的发展 1962年，第一颗实用型的可见光LED出现，现在LED的发展已经达到了一个很高的程度， LED已被运用到各种产品上，而人们预想随着它亮度和技术的不断提高，LED将完全取代传统的照明产品。因为LED的使用可以节省大量的能源。 LED的发展可以分为三个阶段： （1）红光LED的出现； （2）绿光LED的出现； （3）蓝光和白光LED的出现。 LED的终极目标就是亮度高的白光LED ，完全可以代替传统的光源。这是一个漫长而艰辛的道路，一直到日本科学家中村秀二在1994年用稼合物制造出蓝光LED ，这个突破对LED发的发展起到