The LED display screen is one of the most popular types of screens currently used in electronic cigarettes. It primarily consists of LED lamp beads, a PCB, a casing, and pins.

Among these components, the LED lamp bead serves as the smallest unit of the LED display screen, with its size and arrangement directly influencing the resolution and display quality. This article delves deeper into the intricacies of LED lamp beads.

I. Introduction to LED Lamp Beads

典型的直插灯珠封装图解

The chip serves as the heart of the LED lamp bead, determining fundamental characteristics such as wavelength, color, and brightness. The packaging materials protect the chip, enhance light output efficiency, and modify the emission angle.

LED lamp beads boast numerous advantages, including energy efficiency, longevity, rapid response times, and compact size, making them widely utilized in various fields such as lighting, displays, and indicators.

图 SMD LED 基本结构，木林森

二. LED灯珠发展史

1907年，英国科学家亨利·约瑟夫·朗德（Henry Joseph Round）首次发现了碳化硅（SiC）晶体的电致发光现象，但当时这种发光现象非常微弱，没有实际应用价值。

1962年，美国通用电气公司（GE）的尼克·何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）发明了第一个可见光发光二极管，它发出的是红光，开启了LED实用化的进程。

Nick Holonyak Jr，LED 之父，他于 2022 年去世

随着半导体材料和制造工艺的不断进步，LED的发光效率逐渐提高，发光颜色也越来越丰富。除了红光，还相继开发出了绿光、黄光等LED。

不过，在这一时期，LED主要用于指示灯、数字显示等简单应用，因为其亮度和发光效率还不足以用于照明等领域。

1990年代后，氮化镓（GaN）等新型半导体材料的应用使得LED的发光效率大幅提升，蓝光LED的出现更是具有里程碑意义。通过将红、绿、蓝三种颜色的LED组合，可以实现全彩色显示。

同时，LED在照明领域的应用也开始迅速发展，逐渐取代传统的白炽灯和荧光灯。此外，随着技术的进一步创新，如微型LED（Micro - LED）和有机发光二极管（OLED）等相关技术的出现，LED灯珠的应用范围和性能得到了更广阔的拓展。

LCD、OLED 和 microLED 屏幕的分层结构示意图，delmic

三. LED灯珠的种类

单色LED：包括红光、绿光、蓝光、黄光、紫光等，这些单色LED主要用于指示灯、交通信号灯、装饰灯等单一颜色显示的场合。例如，红色LED常用于电子设备的电源指示灯，绿色LED常用于表示信号正常或工作状态等。

2.按封装形式分类

直插式LED灯珠：这种灯珠有两根引脚，像传统的电子元件一样可以直接插入印刷电路板（PCB）的孔中进行焊接。直插式LED灯珠通常尺寸较大，发光角度相对固定，主要用于一些对空间要求不高、对发光角度有特定要求的场合，如大型指示灯牌等。

大功率LED灯珠：专为高亮度照明和大面积发光应用设计。其芯片尺寸较大，能够承受较高的电流，从而发出较强的光。大功率LED灯珠通常需要配备良好的散热装置，以保证其性能和寿命，主要用于路灯、投光灯、室内照明等领域。

3.按芯片尺寸和结构分类

常规LED灯珠：芯片尺寸相对较大，制造工艺较为成熟。一般用于普通的照明和显示应用，其性能和成本比较平衡。

微型LED（Micro - LED）：芯片尺寸达到微米甚至纳米量级，具有超高的像素密度和出色的显示性能。虽然目前制造成本较高，但在高端显示领域，如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和高端显示屏等应用中具有巨大的潜力。

四. LED灯珠生产工艺

外延片生长：这是芯片制造的基础步骤，通过化学气相沉积（CVD）等技术在衬底材料（如蓝宝石、碳化硅等）上生长半导体外延层，决定了LED芯片的基本结构和性能。例如，生长氮化镓（GaN）外延层可以用于制造蓝光和绿光LED芯片。

光刻与蚀刻：利用光刻技术将设计好的电路图案转移到外延片上，然后通过蚀刻工艺去除不需要的半导体材料，形成芯片的电极、有源区等结构。这一步骤对芯片的尺寸精度和性能有很大影响，需要高精度的设备和工艺控制。

掺杂：通过离子注入或扩散等方法，将特定的杂质原子引入到半导体外延层中，改变其电学性能，形成P - N结等结构，从而使芯片能够实现发光功能。

2.封装工艺

引线键合：使用金属丝（如金线）将芯片的电极与封装支架或基板上的引脚连接起来，实现芯片与外部电路的电气导通。键合的质量直接影响LED灯珠的电气性能和可靠性。

灌封：将透明的封装材料（如环氧树脂等）填充在芯片周围，起到保护芯片免受外界环境影响、提高出光效率和改变发光角度的作用。封装材料的光学性能和热性能对LED灯珠的发光效果和寿命有重要影响。

五. LED灯珠对显示屏的影响因素

LED灯珠的尺寸越小，在相同的显示区域内可以放置更多的像素，从而提高显示屏的像素密度和分辨率。例如，微型LED（Micro - LED）技术的应用使得显示屏能够实现超高分辨率，呈现出更加细腻的图像和文字。

2.亮度和对比度

灯珠的发光强度直接影响显示屏的亮度。不同类型和规格的LED灯珠发光效率不同，选择合适的灯珠可以确保显示屏达到所需的亮度水平。

同时，LED灯珠能够实现高对比度显示，特别是在黑色显示方面，因为可以通过控制灯珠不发光来实现真正的黑色，从而提高对比度。

3.色彩表现

LED灯珠的发光颜色和色域范围对显示屏的色彩表现至关重要。全彩LED灯珠通过精确控制红、绿、蓝三种颜色的发光强度，可以实现丰富的色彩显示。而且，灯珠的波长准确性和色彩一致性也会影响显示屏的色彩均匀性和准确性。

4.视角和可视性

灯珠的封装形式和光学设计会影响显示屏的视角。一些LED灯珠通过特殊的封装结构可以实现较宽的视角，使观众从不同角度都能清晰地看到显示屏的内容。此外，灯珠的亮度和对比度等性能也会影响显示屏在不同光照环境下的可视性。

5.功耗和散热

LED灯珠的功耗与其发光效率和工作电流有关。选择高效节能的灯珠可以降低显示屏的整体功耗。

同时，由于LED灯珠在工作过程中会产生热量，尤其是大功率灯珠，良好的散热设计是保证显示屏性能和寿命的关键因素。如果散热不良，可能会导致灯珠发光效率降低、寿命缩短甚至损坏。

来源：艾邦综合整理

原文始发于微信公众号（艾邦新消费电子资讯）：An analysis of the fundamental component of an LED display screen—the LED lamp bead.