LED器件技術(shù)培訓(xùn)課件

1、LED器件技術(shù)培訓(xùn)LEDLED器件技術(shù)培訓(xùn)器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件技術(shù)培訓(xùn)目 錄 LEDLED概述概述LEDLED器件應(yīng)用基礎(chǔ)器件應(yīng)用基礎(chǔ)光度學(xué)與色度學(xué)視覺(jué)特性圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)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(xiàn)LED器件參數(shù)的測(cè)試LED器件的驅(qū)動(dòng)方式LED器件使用的注意事項(xiàng)LEDLED制造工藝流程制造工藝流程LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED概述 LED (Light Emitting Diode ),又稱(chēng)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(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件應(yīng)用基礎(chǔ)光

2、度學(xué)定義： 光度是對(duì)有關(guān)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(lái)說(shuō)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 I=d=d/d/d 光通量光通量 單位為流明（單位為流明（lmlm）；）； 立體角立體角 單位為立體弧度單位為立體弧度 ； I I 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度 單位為坎德拉（單位為坎德拉（cdcd）。）。相對(duì)視明函數(shù)曲線(xiàn)波長(zhǎng)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(zhǎng)在0.1mm-10nm之電磁波稱(chēng)為光。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380nm-760nm。波長(zhǎng)在760nm-0.1mm的為紅外線(xiàn)光，波長(zhǎng)超過(guò)0

3、.1mm的是電波，而波長(zhǎng)在380nm-10nm的為紫外線(xiàn)光。波長(zhǎng)小于10nm的是X線(xiàn)光。LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件應(yīng)用基礎(chǔ)色度學(xué) 定義： 有關(guān)色彩形成與彩色視覺(jué)關(guān)系的描述。 在不同環(huán)境下，肉眼對(duì)不同顏色光線(xiàn)的敏感程度不同；（如在暗視覺(jué)敏曲線(xiàn)中最敏感部位光線(xiàn)的波長(zhǎng)比暗視覺(jué)敏曲線(xiàn)中之波長(zhǎng)小于50nm，兩者最敏感光線(xiàn)有所不同）. 波長(zhǎng) 定義： 波長(zhǎng)是決定半導(dǎo)體發(fā)光之顏色的主要參數(shù) ，且不同波長(zhǎng)其發(fā)光顏色也隨之變化。可見(jiàn)光之波長(zhǎng)介于380nm-760nm之間，大致分類(lèi)為：暗紅色（700nm）、深紅色（640-660nm）、桔紅色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm）、黃色（580-59

4、5nm）、黃綠色（565-575nm）、純綠（500-540nm）、藍(lán)色（435-490nm）、紫色(380-430nm)。明暗相對(duì)視明函數(shù)曲線(xiàn)波長(zhǎng)暗視覺(jué)明視覺(jué)LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件應(yīng)用基礎(chǔ)視覺(jué)特征：是各種顯示設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需認(rèn)真考慮的一個(gè)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(diǎn)： 1、亮度的對(duì)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(píng)價(jià)： 1、滿(mǎn)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(píng)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)

5、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(shí)，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴（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(shí)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(chēng)為活性層）進(jìn)行發(fā)光，再?gòu)木砻嫦蛲獍l(fā)出。P N+-ERa+-+ +P N-+E+-+-+ -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(jì)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(guò)

6、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(guò)，電場(chǎng)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，使結(jié)溫上升。當(dāng)溫度上升達(dá)到其最大值TJM時(shí)，器件的耗散功率就不允許增加，這時(shí)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(shí)，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(shí)當(dāng)反向電壓加大到一定程度就會(huì)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?/p>

7、而且LED器件一旦擊穿之后，就會(huì)造成永久性的損壞，因此不要對(duì)LED器件進(jìn)行反向擊穿試驗(yàn)。在進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí)是可以測(cè)試反向擊穿電壓的。(最大允許正向脈沖電流IFP) LED發(fā)光器件，在一定頻率、一定占空比的正向電流驅(qū)動(dòng)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

8、在1.7V3V之間。順向電壓過(guò)大，會(huì)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(gè)正向?qū)娏鳌４穗娏鞔笮?，是跟VF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(gè)漏電流。此電流是越小越好。因?yàn)殡娏鞔罅巳菀自斐煞聪驌舸?。?dǎo)通時(shí)間T on:當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動(dòng)下工作時(shí)，在脈沖的下降沿從受激射開(kāi)始到達(dá)到發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定值的90為止所需要的時(shí)間。截止時(shí)間T ct:當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動(dòng)下工作時(shí)，在脈沖的下降沿從

9、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(shí)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)光器件發(fā)光面法線(xiàn)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(shí)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(xiàn)圖）。發(fā)光波長(zhǎng)P：普通LED器件所發(fā)出的光，其光譜在一個(gè)較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)變化，不同波長(zhǎng)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(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度IV與正向電流IF的關(guān)系曲線(xiàn)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

10、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(xiàn)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(lái)驅(qū)動(dòng)。曲線(xiàn)越陡，達(dá)到同樣發(fā)光強(qiáng)度所需要的驅(qū)動(dòng)電流越小，因而發(fā)熱量就小，有利于器件的工作。IV與IF關(guān)系曲線(xiàn)IF（mA）Iv(mcd)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(chēng)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(kāi)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

11、而定。正向伏安特性曲線(xiàn)LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件參數(shù)的測(cè)試LED器件參數(shù)包括以下兩個(gè)：1、電參數(shù)的測(cè)量2、光參數(shù)的測(cè)量LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件的工作原理LED器件的驅(qū)動(dòng)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(shí)，流過(guò)器件的正向電流使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動(dòng)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(wèn)題。具體的驅(qū)動(dòng)方法可以分為直流驅(qū)動(dòng)，恒流驅(qū)動(dòng)，脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)等。直流驅(qū)動(dòng)直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)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(shí)令LED的陰極接電源的負(fù)極方向，陽(yáng)極接正極方向。只要保證LE

12、D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(dòng)方式可分串聯(lián)與并聯(lián)兩種。RVccLEDIUIfVfVccVcc/RLED直流驅(qū)動(dòng)LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件的工作原理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(dòng)利用人眼的視覺(jué)惰性，采用向LED器件重復(fù)供電的方法使之點(diǎn)亮，就是通常說(shuō)的脈沖驅(qū)動(dòng)方式。脈沖驅(qū)動(dòng)方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問(wèn)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(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面（掃描驅(qū)動(dòng)與占空比控制）： a、掃描驅(qū)動(dòng)的主要目的是節(jié)約驅(qū)動(dòng)器、簡(jiǎn)化電路； b、占空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(jí)控制，兩者兼容

13、。Ia=（1/t）idt=If(Ton/T) R脈沖源LEDiIaIaToffTTontIfLED脈沖驅(qū)動(dòng) LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件的工作原理掃描驅(qū)動(dòng)掃描驅(qū)動(dòng)是通過(guò)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(dòng)電路。R1R2RnLEDnLEDnLED1LED1Ton1Ton2Toff1ToffnTonnLED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(xiàng)LED二極管焊接過(guò)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(guò)程中請(qǐng)嚴(yán)格遵守以下要求操作： 1工人生產(chǎn)時(shí)一定要戴防靜電手套，防靜電手腕，電烙鐵一定要接地，嚴(yán)禁徒手觸摸白光LED的兩只引線(xiàn)腳。因?yàn)榘坠釲ED的

14、防靜電為100V，而人在工作臺(tái)上工作濕度為60%-90%時(shí)人體的靜電會(huì)損壞發(fā)光二極管的結(jié)晶層，工作一段時(shí)間后（如10小時(shí)）二極管就會(huì)失效（不亮）。嚴(yán)重時(shí)會(huì)立即失效。 2焊接溫度為260，3秒。溫度過(guò)高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)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(dòng)（如0.1V）都將引起電流的大幅度波動(dòng)（10%-15%）。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)LED的壓降配對(duì)不同的限流電阻，以保證LED處于最佳工作狀態(tài)。電流過(guò)大，LED會(huì)縮短壽命，電流過(guò)小，達(dá)不到所需光強(qiáng)。LED器件技術(shù)培訓(xùn)LED器件的工作原理正

15、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(diǎn)：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(wèn)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(shí)，應(yīng)注意器件發(fā)光的指向性，當(dāng)屏體安裝高度很高時(shí)，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(duì)外界影響，以及外界電磁輻射對(duì)顯示屏的影響。戶(hù)外顯示屏為避免陽(yáng)光照射造成反差降低的后果，可以考慮加裝整體的或分散到每個(gè)光源的遮光板或罩。LED器件技術(shù)培

16、訓(xùn)Led工藝制造流程上游磊晶中游晶粒下游封裝單晶片（-族基板）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)材料特性/厚度測(cè)量磊晶片金屬膜蒸鍍光罩蝕刻熱處理切割崩裂測(cè)量晶粒固晶粘著打線(xiàn)樹(shù)脂封裝烘烤測(cè)試包裝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(jiàn)光(波長(zhǎng)在380mm紫光-780nm紅光)在半導(dǎo)體中會(huì)使有到幾個(gè)名詞：1傳導(dǎo)帶：是指有自由移動(dòng)電子存在之場(chǎng)所。2價(jià)電子帶：是指不能自由移動(dòng)之電子存在之場(chǎng)所。3禁制帶：是指在價(jià)電子帶和傳導(dǎo)帶之間，是沒(méi)有電子亦沒(méi)有空穴（電洞）之間隙。E價(jià)電帶 空穴導(dǎo)帶 電子禁帶EnEHLED器件技術(shù)培訓(xùn)晶片發(fā)光顏色（即波長(zhǎng)）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(zhǎng) h：普郎克（Planck）常數(shù)：6.62610-34J.S轉(zhuǎn)換后：=120/E 所以說(shuō)晶片的發(fā)光顏色跟能量的大小有關(guān)，能量越小，波長(zhǎng)就越長(zhǎng)。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(zhǎng)就越小。例：鎵砷（GaAs）之禁制帶寬度（即