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行业知识

LED显示屏发光原理


最常见的LED由 4 部分组成,包括:环氧树脂外壳、阳极引脚、阴极引脚和芯片。其中的核心部件为具有注入复合发光功能的 P-N 结——芯片。

当在 P-N 结上施加正向电压时,电子自 N 型半导体进人 P 型半导体,而空穴自 P 型半导体进入 N 型半导体,从而形成了少数载流子(少子)的注入。随着注入的少子的复合,其能量也从高能级返回至低能级,这时会以各种形式释放出多余的能量,最常见的是热能。经过实验研究发现,有一部分半导体材料在该过程中,会以光的形式释放能量,这就产生了半导体的发光现象。半导体发光分两种类型:一种是电子直接从导带跃迁至满带与空穴复合而发光。另一种是在杂质能级 En和 Eh之间的复合发光,导带中的电子先跃迁到施主杂质能级 En上,再跃迁到 Eh上与空穴复合而发光,称为间接发光。LED 多采用间接发光半导体材料制成。

半导体发光的光波波长 λ(nm)=1.23981/ΔE,其中 ΔE 为禁带宽度,由于可见光的波长范围限制,所以用于制作 LED 的半导体材料的 ΔE 应该在 3.26~1.63eV之间。同理,采用不同 ΔE 的半导体材料,由于发出的光波波长不同,其颜色也就有所不同了。

历史上第一个 LED 所使用的材料为 GaA(s砷化镓),其正向 P-N 结压降(VF,可以理解为工作电压)为 1.424V,发出的光线为红外光谱。另一种常用的 LED 材料为 GaP(磷化镓),其正向 P-N 结压降为 2.261V,发出的光线为绿色。

基于这两种材料,早期 LED 工业运用 GaAs(1-x)Px材料结构,理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的 LED,下标 x 代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过 P-N 结压降可以确定 LED 的波长颜色,其中典型的有 GaAs0.6P0.4的红光 LED,GaAs0.35P0.65的橙光 LED,GaAs0.14P0.86的黄光 LED 等。目前最新工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca)、铟(In)和氮(N)四种元素的 AlGaInN 材料制造LED,可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。