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LED(Light Emitting Diode),发光二极管

LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附三丰LED在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
照明术语
波长:光的色彩强弱是可以通过数据来描述,这种数据叫波长。能见到的光的波长,范围在380至780nm之间。单位:纳米(nm)
亮度:亮度是指物体明暗的程度,定义是单位面积的发光强度。单位:尼特(nit)
光强:指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。单位:烛光(cd)
光通量:光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量(Φ)。单位:流明(Lm)
光效:光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位:每瓦流明(Lm/w)。
显色性:光源对物体呈现的程度,也就是颜色的逼真程度。通常叫做"显色指数"。单位:Ra。
色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。单位:开尔文(k)。
眩光:视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,所造成的视觉不舒适称为眩光,眩光是影响照明质量的重要因素。
同步性:两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的同步方式运行,同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。
防护等级:IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级,由两个数字所组成,第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵人的等级(分0-6级),第二个数字代表灯具防湿气、防水侵人的密封程度(分0-8级),数字越大表示其防护等级越高。
LED优点
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。
一、体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。
二、耗电量低
LED耗电相当低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电不超过0.1W。
三、使用寿命长
在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。
四、高亮度、低热量
五、环保
LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
六、坚固耐用
LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
高节能:节能能源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。
寿命长:LED光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。
多变幻:LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
利环保:环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。
高新尖:与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。
LED 发展
LED显示屏的发展可分为以下几个阶段:第一阶段为1990年到1995年,主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片,主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所,作为公共信息显示工具。
第二阶段是1995年到1999年,出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。
第三阶段从1999年开始,红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国,同时国内企业进行了深入的研发工作,使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用,大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所,从而将国内的大屏幕带入全彩时代。
随着LED原材料市场的迅猛发展,表面贴装器件从2001年面世,主要用在室内全彩屏,并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性,可随意调整的点间距,被不同价位需求者所接受,在短短两年多时间内,产品销售额已超过3亿元,表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划,利亚德开发了表面贴装双基色显示屏,大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面,为紧缩投资,全彩屏大部分采用可拆卸方式,奥运期间可作为实况转播工具,赛事结束后可用于租赁,作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具,通过这种方式可尽快收回成本。
就市场而言,中国加入WTO、北京申奥成功等,成为LED显示屏产业发展的新契机。国内LED显示屏市场保持持续增长,目前在国内市场上,国产LED显示屏的市场占有率近95%。国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。
目前,LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地,我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。据不完全统计,世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏,其中产品齐全,规模较大的公司约有30家左右。
LED的发光原理
光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。 
假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即
λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光),半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。
LED的调光控制
传统上,LED的调光是利用一个DC信号或滤液PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用,然而,正向电流的变化也会改变LED的彩色,因为LED的色度会随着电流的变化而变化。许多应用(例如汽车和LCD TV背光照明)都不能允许LED发生任何的色彩漂移。在这些应用中,由于周围环境中存在不同的光线变化,而且人眼对于光强的微小变化都很敏感,因此宽范围调光是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法允许不改变彩色的情况下完成LED的调光。
人们常说的真正彩色(True Color)PWM调光是利用一个PWM信号来调节LED的亮度。
调节LED亮度有三种常用方法:
(1)使用SET电阻,在LED驱动控制IC引脚RSET两端并联不同的转换电阻,使用一个直流电压设置LED驱动控制IC引脚RSET的电流,从而改变LED的正向工作电流,达到调节ALED发光亮度的目的。
(2)采用PWM技术,利用PWM控制信号,通过控制LED的正向工作电流的占空比来调节ALED的发光亮度。
(3)线性调节。
最简便的方法是在LED驱动控制C中使用外部SET电阻来实现LED的调光控制。虽然,这种调光控制方法有效,但却缺乏灵活性,无法让用户改变光强度。线性调节则会降低效率,并引起白光LED朝向黄色光谱的色彩偏移。可能是轻微的偏移,但可在敏感应用中检测出。
采用数字或叫PWM的LED调光控制法以大于100HZ的开关工作频率,以脉宽调制的方法改变LED驱动电流的脉冲占空比来实理LED的调光控制,选用大于100HZ开关调光控制频率主要是为了避免人眼感觉到调光闪烁现象,在LED的PWM调光控制下,LED的发光亮度正比于PWM的脉冲占空比,在这种调光控制方法下,可以在高度调光比范围内保持LED的发光颜色不变,采用PWM的LED调光控制的调光比范围可达3000:1。
线性LED调光控制方法就是采用模拟调光控制方法,在模拟调光控制下,通过调节LED的正向工作电流来实现LED的调光控制,调光控制范围可达10:1。
如果要进一步降低LED的正向工作电流则会产生LED发光颜色发生变化和不能准确调节控制LED的正向工作电流的问题。
对于使用LED材料制作的背光及显示屏,需要测量显示的亮度色度及均匀性的,可以通过雷云C系列成像色度计来进行高速高精度测量。

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