LED

基本信息

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附三豐LED在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

照明術(shù)語(yǔ)

　　波長(zhǎng)：光的色彩強(qiáng)弱是可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)描述，這種數(shù)據(jù)叫波長(zhǎng)。能見(jiàn)到的光的波長(zhǎng)，范圍在380至780nm之間。單位：納米（nm）
亮度：亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發(fā)光強(qiáng)度。單位：尼特（nit）
光強(qiáng)：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范圍內(nèi)發(fā)出的可見(jiàn)光輻射強(qiáng)弱的物理量。單位：燭光（cd）
光通量：光源發(fā)射并被人的眼睛接收的能量之總和即為光通量（Φ）。單位：流明（Lm）
光效：光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。單位：每瓦流明（Lm/w）。
顯色性：光源對(duì)物體呈現(xiàn)的程度，也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數(shù)"。單位：Ra。
色溫：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱(chēng)為該光源的色溫。單位：開(kāi)爾文（k）。
眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，所造成的視覺(jué)不舒適稱(chēng)為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。
同步性：兩個(gè)或兩個(gè)以上LED燈在不規(guī)定時(shí)間內(nèi)能正常按程序設(shè)定的同步方式運(yùn)行，同步性是LED燈實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變化的基本要求。
防護(hù)等級(jí)：IP防護(hù)等級(jí)是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級(jí)，由兩個(gè)數(shù)字所組成，第一個(gè)數(shù)字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(jí)（分0-6級(jí)），第二個(gè)數(shù)字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級(jí)），數(shù)字越大表示其防護(hù)等級(jí)越高。

LED優(yōu)點(diǎn)

　　LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。
一、體積小
LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，所以它非常的小，非常的輕。
二、耗電量低
LED耗電相當(dāng)?shù)?，一般?lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說(shuō)：它消耗的電不超過(guò)0.1W。
三、使用壽命長(zhǎng)
在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。
四、高亮度、低熱量
五、環(huán)保
LED是由無(wú)毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。
六、堅(jiān)固耐用
LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得LED可以說(shuō)是不易損壞的。
高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。
壽命長(zhǎng)：LED光源有人稱(chēng)它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。
多變幻：LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256＝16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。
利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。
高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。

LED 發(fā)展

 　　LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級(jí)雙色圖文屏。用于顯示文字和簡(jiǎn)單圖片，主要用在車(chē)站、金融證券、銀行、郵局等公共場(chǎng)所，作為公共信息顯示工具。

　　第二階段是1995年到1999年，出現(xiàn)了64級(jí)、256級(jí)灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個(gè)新的臺(tái)階。LED顯示屏控制專(zhuān)用大規(guī)模集成電路芯片也在此時(shí)由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)出來(lái)并得以應(yīng)用。

 　　第三階段從1999年開(kāi)始，紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國(guó)，同時(shí)國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色LED生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)入體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、廣場(chǎng)等公共場(chǎng)所，從而將國(guó)內(nèi)的大屏幕帶入全彩時(shí)代。

　　隨著LED原材料市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件從2001年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點(diǎn)間距，被不同價(jià)位需求者所接受，在短短兩年多時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品銷(xiāo)售額已超過(guò)3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場(chǎng)進(jìn)入新世紀(jì)。為了適應(yīng)2008年奧運(yùn)會(huì)的“瘦身”計(jì)劃，利亞德開(kāi)發(fā)了表面貼裝雙基色顯示屏，大量用于訓(xùn)練館和比賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)。在奧運(yùn)場(chǎng)館全彩屏方面，為緊縮投資，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奧運(yùn)期間可作為實(shí)況轉(zhuǎn)播工具，賽事結(jié)束后可用于租賃，作為演出、國(guó)家政策發(fā)布等公共場(chǎng)合應(yīng)用工具，通過(guò)這種方式可盡快收回成本。

　　就市場(chǎng)而言，中國(guó)加入WTO、北京申奧成功等，成為L(zhǎng)ED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。國(guó)內(nèi)LED顯示屏市場(chǎng)保持持續(xù)增長(zhǎng)，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近95%。國(guó)際上LED顯示屏的市場(chǎng)容量預(yù)計(jì)以每年30%的速度在增長(zhǎng)。

 　　目前，LED顯示屏的主要制造廠商集中在日本、北美等地，我國(guó)LED制造廠商出口的份額在其中微不足道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上目前至少有150家廠商生產(chǎn)全彩屏，其中產(chǎn)品齊全，規(guī)模較大的公司約有30家左右。

LED的發(fā)光原理

光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。
 

　　假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以?xún)?nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即
おおおλ≈1240/Eg（mm）
式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。

LED的調(diào)光控制

　　傳統(tǒng)上，LED的調(diào)光是利用一個(gè)DC信號(hào)或?yàn)V液PWM對(duì)LED中的正向電流進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)完成的。減小LED電流將起到調(diào)節(jié)LED光輸出強(qiáng)度的作用，然而，正向電流的變化也會(huì)改變LED的彩色，因?yàn)長(zhǎng)ED的色度會(huì)隨著電流的變化而變化。許多應(yīng)用（例如汽車(chē)和LCD TV背光照明）都不能允許LED發(fā)生任何的色彩漂移。在這些應(yīng)用中，由于周?chē)h(huán)境中存在不同的光線變化，而且人眼對(duì)于光強(qiáng)的微小變化都很敏感，因此寬范圍調(diào)光是必需的。通過(guò)施加一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)控制LED亮度的做法允許不改變彩色的情況下完成LED的調(diào)光?！　?/p>

　　人們常說(shuō)的真正彩色（True Color）PWM調(diào)光是利用一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度。
調(diào)節(jié)LED亮度有三種常用方法：
（1）使用SET電阻，在LED驅(qū)動(dòng)控制IC引腳RSET兩端并聯(lián)不同的轉(zhuǎn)換電阻，使用一個(gè)直流電壓設(shè)置LED驅(qū)動(dòng)控制IC引腳RSET的電流，從而改變LED的正向工作電流，達(dá)到調(diào)節(jié)ALED發(fā)光亮度的目的。
（2）采用PWM技術(shù)，利用PWM控制信號(hào)，通過(guò)控制LED的正向工作電流的占空比來(lái)調(diào)節(jié)ALED的發(fā)光亮度。
（3）線性調(diào)節(jié)。
最簡(jiǎn)便的方法是在LED驅(qū)動(dòng)控制C中使用外部SET電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光控制。雖然，這種調(diào)光控制方法有效，但卻缺乏靈活性，無(wú)法讓用戶改變光強(qiáng)度。線性調(diào)節(jié)則會(huì)降低效率，并引起白光LED朝向黃色光譜的色彩偏移?？赡苁禽p微的偏移，但可在敏感應(yīng)用中檢測(cè)出。

　　采用數(shù)字或叫PWM的LED調(diào)光控制法以大于100HZ的開(kāi)關(guān)工作頻率，以脈寬調(diào)制的方法改變LED驅(qū)動(dòng)電流的脈沖占空比來(lái)實(shí)理LED的調(diào)光控制，選用大于100HZ開(kāi)關(guān)調(diào)光控制頻率主要是為了避免人眼感覺(jué)到調(diào)光閃爍現(xiàn)象，在LED的PWM調(diào)光控制下，LED的發(fā)光亮度正比于PWM的脈沖占空比，在這種調(diào)光控制方法下，可以在高度調(diào)光比范圍內(nèi)保持LED的發(fā)光顏色不變，采用PWM的LED調(diào)光控制的調(diào)光比范圍可達(dá)3000：1。
 

　　線性LED調(diào)光控制方法就是采用模擬調(diào)光控制方法，在模擬調(diào)光控制下，通過(guò)調(diào)節(jié)LED的正向工作電流來(lái)實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光控制，調(diào)光控制范圍可達(dá)10：1。

　　如果要進(jìn)一步降低LED的正向工作電流則會(huì)產(chǎn)生LED發(fā)光顏色發(fā)生變化和不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)控制LED的正向工作電流的問(wèn)題。