LED工作原理

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。

3、LED芯片的封装结构分类：

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。

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

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。

LED的驱动技术

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正在成为中小型彩色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色反光材料，LED光从塑料块的一个侧边摄入，其余则涂以白色反光材料。

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、白等颜色，色域非常广，能够达到NTSC色域的105%。在LCD—TV上使用的LED作为背光源可以是白色，也可以是红、绿、蓝三基色，在高端产品中也可以使用多色的LED背光来提高色彩表现力，比如三菱电机使用六原色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三色LED经混色产生白光。 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芯片激发黄色荧光粉，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:色彩还原性好；

缺点:紫外光使封装树脂和荧光粉加速老化。 （4）RGB三色LED一体化封装的白色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。