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LED

英文單詞的縮寫,主要含義:LED = Light Emitting Diode,發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光;LED = Large Electronic Display,大型電子展示;LED = Lupus erythematosus disseminatus,播散性紅斑狼瘡,一種慢性、特發(fā)性自身免疫??;led是lead的過去式和過去分詞,意為“領(lǐng)導(dǎo),帶領(lǐng)”;俄羅斯Pulkovo機(jī)場的IATA代碼。本詞條主要介紹發(fā)光二極管。

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的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片,晶片的一端附三豐LED在一個支架上,一端是負(fù)極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。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)體連接起來的時候,它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區(qū),在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合,然后就會以光子的形式發(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

  波長:光的色彩強(qiáng)弱是可以通過數(shù)據(jù)來描述,這種數(shù)據(jù)叫波長。能見到的光的波長,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,黑體的溫度稱為該光源的色溫。單位:開爾文(k)。
眩光:視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對比,所造成的視覺不舒適稱為眩光,眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。
同步性:兩個或兩個以上LED燈在不規(guī)定時間內(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:IP防護(hù)等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級,由兩個數(shù)字所組成,第一個數(shù)字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(分0-6級),第二個數(shù)字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度(分0-8級),數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越高。

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)?,一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電不超過0.1W。
三、使用壽命長
在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?,LED的使用壽命可達(dá)10萬小時。
四、高亮度、低熱量
五、環(huán)保
LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時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)氧樹脂里面,它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分,這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。
高節(jié)能:節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動,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:LED光源有人稱它為長壽燈,意為永不熄滅的燈。固體冷光源,環(huán)氧樹脂封裝,燈體內(nèi)也沒有松動的部分,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)6萬到10萬小時,比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。
多變幻:LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理,在計算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合,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,光譜中沒有紫外線和紅外線,既沒有熱量,也沒有輻射,眩光小,而且廢棄物可回收,沒有污染不含汞元素,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,無限升級,靈活多變的特點(diǎn)。

LED 發(fā)展

   LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個階段:第一階段為1990年到1995年,主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片,主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所,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、256級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新的臺階。LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)出來并得以應(yīng)用。

   第三階段從1999年開始,紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國,同時國內(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)入體育場館、會展中心、廣場等公共場所,從而將國內(nèi)的大屏幕帶入全彩時代。

  隨著LED原材料市場的迅猛發(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,被不同價位需求者所接受,在短短兩年多時間內(nèi),產(chǎn)品銷售額已超過3億元,表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場進(jìn)入新世紀(jì)。為了適應(yīng)2008年奧運(yùn)會的“瘦身”計劃,利亞德開發(fā)了表面貼裝雙基色顯示屏,大量用于訓(xùn)練館和比賽計時計分系統(tǒng)。在奧運(yùn)場館全彩屏方面,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、國家政策發(fā)布等公共場合應(yīng)用工具,通過這種方式可盡快收回成本。

  就市場而言,中國加入WTO、北京申奧成功等,成為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。國內(nèi)LED顯示屏市場保持持續(xù)增長,目前在國內(nèi)市場上,國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近95%。國際上LED顯示屏的市場容量預(yù)計以每年30%的速度在增長。

   目前,LED顯示屏的主要制造廠商集中在日本、北美等地,我國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,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)?,反向截止、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,不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(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以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明,光的峰值波長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)生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?,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DC信號或?yàn)V液PWM對LED中的正向電流進(jìn)行調(diào)節(jié)來完成的。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改變LED的彩色,因?yàn)長ED的色度會隨著電流的變化而變化。許多應(yīng)用(例如汽車和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,由于周圍環(huán)境中存在不同的光線變化,而且人眼對于光強(qiáng)的微小變化都很敏感,因此寬范圍調(diào)光是必需的。通過施加一個PWM信號來控制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>

  人們常說的真正彩色(True Color)PWM調(diào)光是利用一個PWM信號來調(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)動控制IC引腳RSET兩端并聯(lián)不同的轉(zhuǎn)換電阻,使用一個直流電壓設(shè)置LED驅(qū)動控制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,通過控制LED的正向工作電流的占空比來調(diào)節(jié)ALED的發(fā)光亮度。
(3)線性調(diào)節(jié)。
最簡便的方法是在LED驅(qū)動控制C中使用外部SET電阻來實(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,無法讓用戶改變光強(qiáng)度。線性調(diào)節(jié)則會降低效率,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)用中檢測出。

  采用數(shù)字或叫PWM的LED調(diào)光控制法以大于100HZ的開關(guān)工作頻率,以脈寬調(diào)制的方法改變LED驅(qū)動電流的脈沖占空比來實(shí)理LED的調(diào)光控制,選用大于100HZ開關(guān)調(diào)光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調(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,通過調(diào)節(jié)LED的正向工作電流來實(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題。
 


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