led常识，led行业常用术语

随着标准化设备的引入以及工业流程的规模化、模块化，技术不再是不可理解的，流程优化和设备优化已成为关键主题。敬请谅解。深奥的科学技术理论只是我所提倡的简单原则。如果你长期涉足LED行业，有很多常见的技术和术语很容易理解，但仔细想想却很难系统地解释其中的原因，所以这次我就写一下基础科学。我做到了。本文介绍的是LED。希望对那些想要了解LED的人有所帮助。它也可以被视为知识的保留。最后，你会发现应用这些基础知识比你想象的要容易。 LED（发光二极管）原理介绍

发光二极管的结构发光二极管（LED）由“化合物半导体”构成，将两种以上元素组合而成的半导体称为“化合物半导体”。例如：砷化镓（GaAs）是III-V族化合物半导体（镓在3A族，砷在5A族），硒化镉（CdSe）是26族化合物半导体（镉在2A族，硒在6A族） ）。 属于。化合物半导体是固体材料，具有优异的发光效率，因此主要用于发光元件的生产。例如砷化镓（GaAs）属于“直接带隙”，因此砷化镓晶圆是制作发光元件的。发光材料通常用于制造发光元件，例如发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。发光二极管（LED）的结构如图1（a）所示，直接插入的灯珠形状为椭圆形，大小与绿豆差不多，但真正发光的只有灯部分。照片中的“芯片” 芯片的大小与沙滩上的一粒沙子差不多。即使是这么小的芯片也能发出强光。发光二极管芯片非常小，因此由数以万计的芯片制成2英寸砷化镓晶圆，可以做一些。切割后，包装成如图1(a)所示的外观。发光二极管的制造工艺与硅晶圆相似。所有这些都是使用光刻、掺杂技术、蚀刻技术和薄膜生长制成的。

（图1发光二极管（LED）的结构和工作原理） 发光二极管的基本原理如果放大二极管芯片，如图1（b）中的氮化镓发光二极管，你会注意到有一个金属电极，中间有一个N型和一个P型，当发光二极管连接到电池时，电子从电池的负极流入N型半导体，和孔流。电子和空穴从电池正极流向P型半导体，P型和N型之间耦合，光线通过椭圆形塑料封装从芯片顶部发出。椭圆形塑料封装变成凸透镜，因为它们相似，所以都具有聚光作用，可以让发出的光“更集中”。请注意，唯一能够真正将发射的光聚焦成光束的半导体元件是激光二极管(LD)。需要一个“腔”结构来将光聚焦成光束。稍后我会介绍更多细节。 发光二极管的颜色当对各种化合物半导体材料施加电压时，化合物半导体会发出“各种颜色的光”，因此科学家们利用这一原理制造出了各种颜色的发光元件，如表1所示。制造的。这是一个快速解释：

（表1：发光二极管（LED）材料的种类与发光颜色的关系） 外延法：化合物半导体的生长方法“液相外延（LPE）”“通过加热来生长化合物半导体的方法” “金属有机化学气相沉积（MOCVD）”是溶解在液体中并缓慢冷却形成固体单晶结构，利用有机金属和气体直接喷射砷化镓晶片形成单晶结构。形式。单晶薄膜（外延））。 发光颜色：指用肉眼观察时发光二极管的发光颜色。碳化硅（SiC）：发光颜色为“蓝绿色” 早期，没有发出蓝光的发光二极管，因此碳化硅（SiC）主要用作蓝光二极管。碳化硅发出的颜色为蓝色，器件的寿命不长（亮度逐渐减弱），户外能播放真实图像的显示屏必须采用三基色的组合。红色，绿色，蓝色。早期的显示屏没有蓝色（没有蓝色发光二极管），因此只能再现单色显示（显示文本或简单图形），而不能再现实际图像。 ? 氮化镓（GaN）：直到1995年，日本日亚化学公司的Shuji Nakamura博士团队才开发出长寿命的“氮化镓（GaN）”发光二极管，可以发出蓝光。然而，由于氮镓和砷化镓的原子尺寸显着不同（晶格不匹配），因此它们不能在“砷化镓衬底”上生长，必须在“蓝宝石衬底（氧化铝单晶）”上生长'。 有。蓝宝石晶体基板的价格最初非常昂贵，加上其硬度高、加工难度大导致成本较高，而且很多相关专利掌握在日本日亚化学公司手中，因此这项专利获得了授权。早期蓝光LED价格居高不下，因为蓝光二极管因价格高而售价非常高，但随着台湾和中国大陆对该技术的投入，蓝光LED价格暴涨。它变得非常实惠，并广泛用于照明和显示产品。第26族“二元”化合物半导体：由硒化镉（CdSe）、碲化锌（ZnTe）、硫化镉（CdS）、硒化锌（ZnSe）、硒化锌（ZnS）等制成的发光二极管。 ）由于器件寿命短，目前已很少使用，但这些材料的“多晶粉末”俗称“荧光粉”，目前用于传统电子显像管显示器、等离子显示器以及白光发射。二极管等产品。除了26族化合物半导体之外，科学家们还开发了多种不同成分的荧光粉，以提高发射亮度和使用寿命。 发光二极管的中心波长“中心波长”是指发光二极管发出的颜色的相对发光波长。不同颜色的光具有不同的波长，因此发光二极管发出不同的颜色。二极管具有相应的发射波长。以磷化铝（AlP）发光二极管为例，肉眼可见的颜色为绿色，但其发射光谱如图2所示。该图显示铝会发光。磷化物(AlP) 发光二极管发光。光的颜色范围从0.45m（蓝绿）到0.55m（黄绿），实际上不是绿色而是许多波长的混合体，只是光的强度不同。由于5.0m（绿色）的中心波长最高，因此肉眼可见的颜色为“绿色”，发光强度最高的波长称为“中心波长”。如果您知道发光二极管发出的光的中心波长，您就可以知道肉眼看到的颜色。

当发光二极管发射的光谱具有波长范围（0.45m至0.55m）时，称为“不纯光”，纯度也可以使用半波长宽度（半高全宽）来测量。发出“纯光”的组件称为“激光器”。

（图2磷化铝（AlP）发光二极管的发射光谱） 发光二极管按芯片结构分类时，可分为正装芯片、倒装芯片和垂直结构芯片。如图3(a)所示，正极和负极(PN)在同一发光面上的结构称为正型结构，但由于尚未找到适合氮化镓材料的导电基板、蓝光的发展此后，蓝宝石成为这种结构最重要的基板材料，蓝色、绿色、紫色氮化镓LED一般都采用这种结构，因为基板材料不导电。早期的红光和黄光LED结构采用导电砷化镓和磷化镓衬底，因此它们都被构建成单电极垂直结构。后来蓝光LED从方向性的角度开始在专用灯中采用垂直结构的LED，但采用氮化镓材料的垂直结构的LED工艺复杂、难度大，所以采用了蓝宝石衬底。将其剥离并去除蓝宝石衬底。由于氮化镓直接生长在导电硅或金属基板上，成品率难以控制，因此这种结构的蓝光、绿光或紫光LED可用于手机手电筒、高方向性手电筒等，用于特殊用途例如就UV固化灯而言，除了应用光型要求外，成本高也是其只能用于高端应用的重要原因。倒装芯片结构如图3(c)所示，与正式结构类似，都是由蓝宝石衬底材料制成，但在倒装芯片之前需要在发射表面镀上反射电极。倒装结构从背面发射光线，并在正负PN电极表面反射光线，由于传热路径短以及比蓝宝石更好的传热材料，倒装结构提供了优异的散热性能。比普通芯片稳定，可以驱动更大的电流而不衰减。

（图3 LED芯片结构分类图） 如图4所示，按封装形式对LED进行分类时，可分为直插型（灯）图4（a）和高功率lumileds luxeon型图4 (二). ）、SMD 型（SMD）图4（c）和COB（板上芯片）图4（d）。直下式灯是最早的封装形式，但由于散热差，已不再使用，现在仅用于装饰照明和红外指示灯。过去户外路灯多采用大功率封装，但随着SMD和COB的兴起，它们逐渐变得安静起来。随着中国大陆设备技术的快速发展以及通用照明和大型背光的兴起，将LED芯片安装在基板上形成单个LED组件然后安装的SMD方法已成为主流封装技术。是。这些LED 元件放置在印刷电路板(PCB) 上，形成多个LED 光源的组合，以增强照明。 COB封装技术简化了LED光源封装设计，或凭借其光型和散热方面的优势实现了单位面积更高的照度输出，并由于低热阻和适当的封装材料选择而实现了惊人的光输出，提供功率和长寿命。 LED封装不仅能提供比传统分立式LED元件封装更优越的性能，还能简化热管理、简化系统级设计，帮助LED满足照明市场的需求，可以说是照明市场的最佳解决方案。可与SMD竞争。

（图4 LED封装类型分类图） 光的三基色

三基色的定义可见光中有无数种颜色，但是我们在创建显示器时如何显示这么多颜色呢？幸运的是，科学家们发现，虽然可见光的颜色有无限多种，但几乎所有连续光谱中的可见光颜色都可以分为红（R）、绿（G）、蓝三种颜色。它可以与“不同的亮度”结合起来。 B). 因此红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色被称为“光的三基色”。为什么只需将RGB三种颜色组合起来我们就能看到“几乎所有”的颜色？ 是吗？是否有明亮的颜色，但不是“全部”？可见光的颜色呢？这部分与颜色科学相关，这里不再赘述。本章通过以下示例来展示如何组合三种不同亮度的RGB 颜色以形成几乎任何可见光颜色。假设我们有一个正方形来显示某种颜色。这个正方形称为“像素”。将该正方形垂直切成三个较小的正方形以代表三种RGB 颜色。像这样的小方块网格称为“子像素”。像素”如图5所示。如果红色亮度为100%（最大亮度），绿色亮度为100%（最大亮度），蓝色亮度为100%（最大亮度），如图所示，我们的视觉感觉就像是三种颜色混合成的白色的。如果您目视检查图5(a) 中的(a)，无论您怎么看，您都会看到三种颜色。如何将其与白色混合？有两种方法可以在视觉上营造三种RGB 颜色混合成一种颜色的印象。 ? 让观察者从更远的距离看：一种方法是保持像素大小相同，但让观察者从10 米外看。你看，大多数人都是近视的（这一点很重要），所以此时眼睛无法区分RGB的三个“子像素”，而模糊地将它们称为一个“像素”，称为RGB的三种颜色.我只能看到它。它们自然而隐约地融合成一种颜色。 “发光二极管显示器”显示较大的RGB子像素，但从几十米的距离观看时，观看者无法区分RGB子像素，因此RGB颜色自然会变得模糊并混合成一种颜色。马苏。 ? 将像素缩小到数百微米：另一种方法是将像素缩小到数百微米（大约是头发直径的大小）。此时，三个RGB子像素也很小。像素对于观察者来说并不重要。无论你看得多近，人眼都很难区分这三个RGB“子像素”，它们只是显示为单个“像素”。颜色自然地融合成一种颜色。您使用的笔记本电脑显示器称为液晶显示器（LCD），其上显示的三个RGB子像素非常小，观察者在几十厘米之内无法看到。即使是三个RGB子像素会很小。由于尚未区分，三种RGB 颜色自然会模糊地混合成一种颜色。

（图5 红色(R)、绿色(G) 和蓝色(B) 三个子像素组合起来形成连续光谱中的几乎所有颜色。） 混合三种基色给出可能颜色的示例即可。 1、如图5所示，100%红色亮度（最大亮度）、100%绿色亮度（最大亮度）、100%蓝色亮度（最大亮度）近似混合成白色。 （A）。 2、如图5(b)所示，100%红色亮度（全亮）、100%绿色亮度（全亮）、0%蓝色亮度（全暗）几乎混合成黄色就可以了。 3、如图5(c)所示，红色亮度100%（全亮）、绿色亮度50%（半亮）、蓝色亮度0%（全暗）几乎混合成橙色。 4、如图5(d)所示，红色亮度0%（全暗）、绿色亮度100%（全亮）、蓝色亮度100%（全亮）几乎是蓝绿色混合的。 5、如图5(e)所示，红色亮度100%（全亮）、绿色亮度0%（全暗）、蓝色亮度100%（全亮）变为紫色，近似混合。 6.如图5(f)所示，将红色亮度0%(全黑)、绿色亮度0%(全黑)、蓝色亮度0%(全黑)混合成黑色。如果你可以将三个RGB子像素的亮度分别控制为100%（全亮）、75%、50%、25%、0%（全暗）等，那么这个像素就会有一个全红色可以显示5种颜色（R）、5种不同亮度的绿色（G）、5种蓝色（B），总共5 x 5 x 5=125种颜色。可单独控制的不同亮度的RGB越多，总共可显示的颜色越多，但技术难度也越大。我们的通用六边形调色板如图5(g) 所示。该图列出了三个RGB 子像素的不同亮度混合的数十种颜色。右下角为红色（R），左下角为绿色。 (G)，右上角为蓝色(B)，三种颜色都很明亮，并融入六边形中心的白色。

视觉色彩科学的定义视觉色彩科学主要讨论人类视觉感知与颜色之间的关系，但由于显示器和多媒体与人类视觉密切相关，因此在了解各种显示器之前了解人类视觉感知非常重要。解释的愿景。从设计的角度来看，首先让我们了解人眼在看到不同颜色和图像时有何不同反应。 人类视觉体验人类视觉神经对光的亮度敏感度与光的颜色有关，而在白天或明亮的地方，人类视觉神经对“黄绿色”最敏感。图6、人在明亮处的视觉感觉为“粗线”，其最高点约为“黄绿色”；在夜间或黑暗中，人的视觉神经对“绿色”最敏感。如图6所示，在黑暗中，人的视觉感知是一条“细线”，其最高点几乎是“绿色”。因此，雨衣的颜色一般为黄色或绿色，在明亮的地方穿着更显眼，也更安全，但如果在雨天等能见度较差的地方行走，则应在黑暗的室内会议上进行演示。由于经常这样做，能见度很低。使用红色激光二极管（LD）进行演示目前，许多制造商正在开发绿色激光二极管产品，以使会议指示更加清晰。

（图6：人类视觉神经与色彩的关系） 闪烁眩光帧：显示器上显示的静止图像由于人眼存在视觉暂留现象，所以会在短时间内连续回放一系列图像。人脑将这一系列图片识别为一个系列，这称为电影或动画。评估显示器和视频质量的一个非常重要的参数是每秒播放的帧数（秒），也称为每秒帧数（fps）。显示器通常每秒播放30 帧。据认为，秒数（30fps）可能比人眼可以感知的秒数更长。换句话说，每秒显示超过30 帧是没有意义的。一般来说，电视和电影的每秒帧数约为30帧。 30fps；目前的迪士尼3D动画如《玩具总动员》、《怪兽电力公司》等都是用电脑绘制3D图像，每秒帧数达到20fps以上，形成慢动作，看起来非常漂亮。连续的；早期的迪士尼平面卡通如米老鼠、唐老鸭、大力水手等大多是动画师手工绘制的，每秒只有10帧左右，因此它们的运动不是很连续。 ? 闪烁：如果每秒图像数太低，则前后图像切换时间太长，给人眼带来一亮一暗的视觉体验。人眼有残像现象，如果前后图像变化很快，你不会注意到任何闪烁，但如果图像变化缓慢，你会注意到一种称为闪烁的现象。这就是原因。屏幕闪烁的程度与屏幕的亮度和眼睛观看屏幕的角度有关，屏幕闪烁率越高，眼睛感知到的屏幕亮度就越亮。根据您用哪只眼睛看屏幕，屏幕闪烁的感觉会有所不同，但影响相对较小。 “眩光”是指图像的亮度或照明率过高时出现的一种现象，使眼睛感到不适，并对图像产生心理上的负面反应。 亮度的单位 瓦特光的亮度有多种单位，但为了了解各种光电科技产品中所表示的亮度代表什么意思，在学**光电技术之前必须要了解清楚。 “瓦特”的定义是光源在单位时间内产生多少能量，即光源在单位时间内产生多少焦耳，是最常见的亮度单位，它是“W”。

流明（lm） “流明”是指眼睛实际感知到的光源的亮度，单位为“lm”。瓦是光源产生的能量的大小，但由于人的视觉神经对不同颜色的光有不同的感知，所以一个光源也发出1瓦的光。白天，如果是绿光，人眼就会感觉到。由于红光或蓝光对人眼来说显得更亮，国际照明委员会(CIE) 将其定义为光源在白天产生的1 瓦实际能量。那么， 波长为0.63m的红光：1瓦（W）=181流明（lm）。波长为0.555m的绿光：1瓦（W）=683流明（lm）。波长为0.47m的蓝光：1瓦（W）=62流明（lm）因此光源也发出1瓦（W）的光。对于人眼来说，绿光的亮度为683。流明（lm），红光的亮度为683流明（lm），光的亮度只有181流明（lm），蓝光的亮度只有62流明（lm）。它对绿光的敏感度最高，其次是红光和蓝光。 烛光（CD：Candela） “坎德拉”的定义是眼睛实际感知到的光源每单位立体角（以度计算，=180）亮度的流明数（LM），换句话说，每单位度数() 您实际能感受到多少流明(lm)？单位为“cd”。

为了准确地表示点光源的实际亮度，必须考虑角度因素。由于点光源向各个方向发射，并不是平面上的角度，因此这个辐射角称为“立体角”，整个三维球体的角度总和为4度（约43.14=12.56）度）因此，如果接收到1烛光（代表每度发出1流明的光）的点光源，如果角度是整个实心球体（12.56度），那么亮度就是12.56流明，接受的角度就是如果它是3D 球体的一半（6.28 度），亮度将为6.28 流明。 照度（Lux） “照度”是眼睛实际感知到单位面积光源的亮度有多少流明（lm），或者换句话说，是“每平方米（平方米）多少流明”的定义就像你的感受一样。 m2)" (lm)，单位为“勒克斯”。

亮度“亮度”是指眼睛实际感知到单位面积光源的亮度有多少个“烛光”（CD），或者换句话说，单位面积光源的亮度。是由多少个来定义的你感受到的“烛光”。 )”是“cd/m2”，但也可以表示为每“平方米(m2)”或“单位度()”眼睛实际感知到多少流明(lm)。

亮度闪烁

（图7 亮度对比度好的和对比度差的两张照片对比） 亮度对比（Brightnesscontrast） 两张照片的对比如图7。亮度和对比度是设计显示器时的重要参数，影响人眼的视觉感知。你感知事物的方式取决于物体和背景之间的亮度差异，这种亮度差异称为“对比度”。对比度定义为图像中亮区(BMax) 和暗区(Bmin) 之间的亮度差除以亮区(BMax) 和暗区的平均亮度(Bmin)。

在显示应用中，最常用的测量对比度质量的方法是使用“照度比”（对比度）。照度比定义为亮区（BMax）与暗区（Bmin）之间的亮度比。 ) 在屏幕中：

为了使人眼看到图像，图像的照度比必须至少为1.03，但典型显示器的照度比在20左右，这是清晰识别图像中物体所需的最低照度。比率必须为5 或更高。 我对LED技术的思考LED是半导体物理、光学、材料科学、色彩科学的综合研究和技术。在技术发展的初期，人的因素非常重要，工程师通过调试来实现技术进步食谱（正如它们的名称）。虽然重新优化尤其是扩容部分的试错过程在理论上并不是很深入，但结构优化的过程却是工程师最宝贵的经验，也是公司最重要的技术资产。能够控制用于制造高亮度芯片的设备的人，就是控制公司命脉的人。然而，随着标准化设备的引入以及工业流程的规模化、模块化，技术不再陌生，工艺优化和设备优化已成为大主题，而LED通过掌握基础知识并应用，就会了解先进的技术。科学技术理论无非是我所宣扬的简单原理。

所谓大简是真。

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