1、LED发光工作原理:
LED发光二极管是一种固态的半导体器件,它可以直接把电能转化成光能。它和其他半导体器件一样,都是由一个P-N结组成,也具有单向导电性。在给LED加上正向电压时N区的电子会被推向P区,在P区与空穴复合,P区空穴被推向N区,在N区里电子和空穴复合,然后以光子的形式发出能量。P-N结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。
2、LED材料与产生光的颜:
LED材料 | 材料化学式 | 颜 |
铝砷化镓 砷化镓 砷化镓磷化物磷化铟镓 铝磷化镓(掺杂氧化锌氢化锂) | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 红及红外线 |
铝磷化镓 铟氮化镓/氮化镓 磷化镓 磷化铟镓铝 铝磷化镓 | 伊春空难真正原因 InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 绿 |
磷化铝铟 镓砷化镓 磷化物 磷化铟镓铝 磷化镓 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘红,橙,黄,绿 |
磷砷化镓 | GaAsP | 红,橘红,黄 |
磷化镓 硒化锌 铟氮化镓 碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 红,黄,绿 |
氮化镓(GaN) | | 绿,翠绿,蓝 |
铟氮化镓 | InGaN | 近紫外线,蓝绿,蓝 |
碳化硅(用作衬底) | SiC | 蓝 |
硅(用作衬底) | Si | 蓝 |
蓝宝石(用作衬底) | Al2O3 | 蓝 |
硒化锌 | ZnSe | 蓝 |
钻石 | C | 紫外线白板说 |
氮化铝,氮化铝镓 | AlN AlGaN | 波长为远至近的紫外线 |
| | |
声学处理
Chip结构:又分为单极芯片封装结构和双极芯片封装结构。单极芯片封装结构是芯片负极通过银胶与PCB板铜箔链接,正极通过铝线绑定与PCB铜箔相连接。主要用于底背光。双极芯片封装结构芯片正负极均通过铝线绑定与PCB铜箔相连接。
测控技术期刊SMD结构:(表面贴装器件):SMD是将芯片采用回流焊的形式焊接在一个小的PCB板上,厂商提供的都是4.0x4.0mm的焊盘并用树脂固定的LED。常用于侧背光和彩屏产品。
LAMP结构:原理同SMD封装原理雷同,只是外形结构有差异,它主要是有两个支架PIN脚。亮度范围100—1500mcd,主要用于侧背光产品。
4封装技术的发展趋势
(1)采用大面积芯片封装
(2)开发新的封装材料
(3)多芯片集成封装
(4)平面模块化封装
马氏漏斗粘度计
LED的主要问题
LED的结温
由于目前芯片技术的限制,LED的光电转换效率有待提高,在发光的同时,大约有60%的电能转化为热能释放掉,这就要求在应用LED时要做好散热工作。以确保LED的正常使用。
当LED结温升高时,器件的光通量会逐渐降低,而当温度降低时,光通量会增大,一般情
况下,这种变化是可逆和可恢复的。高温下还会对器件性能产生变化,一般来说结温越高,器件性能衰减就越快,在发光波长中,发光的主波长会向长波方向飘移,约0.2—0.3nm/℃因此在使用LED器件时做好散热是必要条件。
LED的结温量
当然在做好散热的同时我们也需要知道LED产生的结温量是多少?下面我们可以通过一个公式来计算:Rjc=(Tj-Tc)/Pd
Rjc:在选定一个LED以后,从数据中查到起Rjc;
Tj:为结温;
Tc:为LED散热垫温度;
Pd:Pd与LED的正向压降Vf及LED的正向电流的关系为:Pd=Vf×If;
LED的散热方法:
良好的散热设计主要出于以下考虑:(1)提高LED效率、提高电流、LED芯片要有更高结温;(2)LED光学性能提高及较高的可靠性,都依赖于芯片的结温。因此LED芯片散热的主要途径有:传导、对流、辐射。其中传导和辐射对LED散热比较重要。从热能分析,发散功率为Pd=Vf×If,因此LED效率达到标准值时,Vf和If相对变化比较小。所以在做散热设计时,主要从传导方面考虑,首先考虑热传导系数大的材料,在常用的材料中,银的热导率是最高的,其次是铜和铝。
为了保证LED能够获得较高的使用效率,首先需要一定的应用条件,其次需要采用相适应的驱动电路来满足LED工作参数的要求。驱动电路是一种专为LED供电的特种电源,要有简单的电路结构、较小的体积,以及较高的转化率。驱动电路的输出电参数要与驱动的LED技术参数相匹配,满足LED的要求,并具有较高精度的恒流控制,合适的限压功能。驱动电路工作时,对其他电路的正常工作干扰少,满足相关的电磁兼容性要求。
目前市场上LED都是采用直流驱动,因此需在市电与LED之间加一个电源适配器,即LED驱动器。但是由于各种规格不同的LED驱动电源的性能和转换效率不同,所以选择合适的,
高效的LED驱动器,才能展现出LED光源高效能的特性。由于这次我为大家介绍的是LED背光模组设计因此在这里我给大家展示一种在液晶显示器中常用的LED驱动器:30A大电流快速调节、同步型、高亮度LED驱动器MAX16821A/B/C
一、产品设计特点
(1)输出电流高达30A。
(2)精准的差分遥控输出检测。
(3)平均电流模式控制。
(4)4.75~5.5V或7~28V输入电压范围。
(5)MAX16821B/C:0.1V/0.03V的LED电流传感器提供选择,使用率最高。
(6)有热关断功能。
(7)有非锁定的输出过压保护功能。
(8)具有或去掉同步整流的低边降压模式。
(9)用或不用同步整流的高边降压或低压模式。
(10)具125KHZ~1.5MHZ的可编程、可同步开关频率。
(11)内部具有集成4A的栅极驱动器。
(12)工作温度-40—125℃。
(13)有180°相位输出工作的时钟用于副边驱动。
二、应用领域
(1)自动外部照明,各种灯具光源。
(2)液晶LCD电视机、显示器背光照明。
(3)自动应急照明和符号显示等。
三、芯片功能概述
MAX16821A/B/C脉宽调制(PWM)LED驱动控制器新品,可提供大电流输出,它紧密封装多项功能,使芯片外部元器件数目最少。MAX16821A/B/C适用于同步或非同步的降压式、升压式、SEPIC和CUKLED驱动器。一个逻辑输入(MODE脚),让芯片开关工作在同步降压与升压模式之间。该器件设计最高功率驱动器,特别适用于共阳极(二极管正极)的高亮度LED驱动器。
该芯片提供平均电流模式控制,它采用MOSFET具备最优电荷与最小导通电阻的特性,因此使所需的外部散热片尽量小,这对提供30A的大电流驱动LED时尤为重要。
芯片内的差分传感电路使LED电流的控制精度良好。IC内部电源调节器可工作在4.75~5.5V
范围;外部供电Vcc接IN脚,其输入电压在7~28V,芯片内部的调节器均能正常工作。
通过上述的了解,我们明白了一些关于LED的基本知识,那么在接下来的时间里我就LED和背光模组的设计来和大家一起探讨其应用与发展。
LED正在成为中小型彩显示器背光模组照明应用的主流器件,LED的选择是决定显示子系统设计最佳性价比的关键因素。此外,LED驱动IC能与较低成本的LED协同工作,通过多种方法提升现有LED的性能除亮度外,这些驱动驱动还能实现精确的亮度匹配,允许使用同一系列具备不同Vf特性的LED。
LED用于LCD背光照明中主要有三种方式:
1、最简单的是把LED直接安装在LCD散射膜后面,可用多个封装的LED模组,它具有非常宽的光束角,以使轴向光均匀性较好。也可采用例如GaP-LED这种未封装的管芯。
2、采用边缘光LCD背光照明方式,是用一个透明的或者半透明的矩形材料块作为导光体,
直接安装在LCD散射膜的后面,塑料块的后表面涂上白反光材料,LED光从塑料块的一个侧边摄入,其余则涂以白反光材料。
3、将LED发出的光导入光纤束中,光纤束在散射膜的后边构成一个平坦的薄片,可以用不同的方法将光从薄片中取出来作为LCD的背光照明。
采用LED作为背光源,具有很好的发展前景,目前已经投入工程应用的LED可以提供红、绿、蓝、青、橙、白等颜,域非常广,能够达到NTSC域的105%。在LCD—TV上使用的LED作为背光源可以是白,也可以是红、绿、蓝三基,在高端产品中也可以使用多的LED背光来提高彩表现力,比如三菱电机使用六原LED背光源的LCD—TV厚度约为5cm,比传统的薄了很多。
在背光模组中最主要的是需要白光,目前背光用LED白光的实现办法有四种方式:
(1)RGB三LED经混产生白光。
优点:高输出光效;单独散热设计;
缺点就是需要借助专门的混光设计。
(2)蓝光LED芯片激发黄荧光粉,由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光。
优点:结构简单,发光效率高;
缺点是红光成分少,还原性差约65%左右。
(3)紫外、近紫外LED+RGB荧光组合而成白光。
优点:彩还原性好;
缺点:紫外光使封装树脂和荧光粉加速老化。
(4)RGB三LED一体化封装的白LED
优点:不需要外部混光,B/L结构紧凑;
缺点是受电流与散热影响大,与好性能芯片封装存在问题。