LED

基本信息

LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附三豐LED在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。

照明術語

　　波長：光的色彩強弱是可以通過數據來描述，這種數據叫波長。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光強度。單位：尼特（nit）
光強：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。單位：燭光（cd）
光通量：光源發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：光源發出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節能的重要指標。單位：每瓦流明（Lm/w）。
顯色性：光源對物體呈現的程度，也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數"。單位：Ra。
色溫：光源發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：視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，所造成的視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質量的重要因素。
同步性：兩個或兩個以上LED燈在不規定時間內能正常按程序設定的同步方式運行，同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。
防護等級：IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級，由兩個數字所組成，第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級（分0-6級），第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級），數字越大表示其防護等級越高。

LED優點

　　LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替傳統的光源，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耗電相當低，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
在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時。
四、高亮度、低熱量
五、環保
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、堅固耐用
LED是被完全的封裝在環氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。
高節能：節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能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，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。
多變幻：LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產生256×256×256＝16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。
利環保：環保效益更佳，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：與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數字信息化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

LED 發展

 　　LED顯示屏的發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，出現了64級、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術、圖像處理技術、光纖通信技術等的應用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。LED顯示屏控制專用大規模集成電路芯片也在此時由國內企業開發出來并得以應用。

 　　第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍LED管大量涌入中國，同時國內企業進行了深入的研發工作，使用紅、綠、藍三原色LED生產的全彩色顯示屏被廣泛應用，大量進入體育場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國內的大屏幕帶入全彩時代。

　　隨著LED原材料市場的迅猛發展，表面貼裝器件從2001年面世，主要用在室內全彩屏，并且以其亮度高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調整的點間距，被不同價位需求者所接受，在短短兩年多時間內，產品銷售額已超過3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應用市場進入新世紀。為了適應2008年奧運會的“瘦身”計劃，利亞德開發了表面貼裝雙基色顯示屏，大量用于訓練館和比賽計時計分系統。在奧運場館全彩屏方面，為緊縮投資，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奧運期間可作為實況轉播工具，賽事結束后可用于租賃，作為演出、國家政策發布等公共場合應用工具，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顯示屏產業發展的新契機。國內LED顯示屏市場保持持續增長，目前在國內市場上，國產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。據不完全統計，世界上目前至少有150家廠商生產全彩屏，其中產品齊全，規模較大的公司約有30家左右。

LED的發光原理

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）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光。
 

　　假設發光是在P區中發生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光，或者先被發光中心捕獲后，再與空穴復合發光。除了這種發光復合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。
理論和實踐證明，光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即
おおおλ≈1240/Eg（mm）
式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導體材料的Eg應在3.26～1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。

LED的調光控制

　　傳統上，LED的調光是利用一個DC信號或濾液PWM對LED中的正向電流進行調節來完成的。減小LED電流將起到調節LED光輸出強度的作用，然而，正向電流的變化也會改變LED的彩色，因為LED的色度會隨著電流的變化而變化。許多應用（例如汽車和LCD TV背光照明）都不能允許LED發生任何的色彩漂移。在這些應用中，由于周圍環境中存在不同的光線變化，而且人眼對于光強的微小變化都很敏感，因此寬范圍調光是必需的。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的調光?！　?/p>

　　人們常說的真正彩色（True Color）PWM調光是利用一個PWM信號來調節LED的亮度。
調節LED亮度有三種常用方法：
（1）使用SET電阻，在LED驅動控制IC引腳RSET兩端并聯不同的轉換電阻，使用一個直流電壓設置LED驅動控制IC引腳RSET的電流，從而改變LED的正向工作電流，達到調節ALED發光亮度的目的。
（2）采用PWM技術，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節ALED的發光亮度。
（3）線性調節。
最簡便的方法是在LED驅動控制C中使用外部SET電阻來實現LED的調光控制。雖然，這種調光控制方法有效，但卻缺乏靈活性，無法讓用戶改變光強度。線性調節則會降低效率，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，但可在敏感應用中檢測出。

　　采用數字或叫PWM的LED調光控制法以大于100HZ的開關工作頻率，以脈寬調制的方法改變LED驅動電流的脈沖占空比來實理LED的調光控制，選用大于100HZ開關調光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調光閃爍現象，在LED的PWM調光控制下，LED的發光亮度正比于PWM的脈沖占空比，在這種調光控制方法下，可以在高度調光比范圍內保持LED的發光顏色不變，采用PWM的LED調光控制的調光比范圍可達3000：1。
 

　　線性LED調光控制方法就是采用模擬調光控制方法，在模擬調光控制下，通過調節LED的正向工作電流來實現LED的調光控制，調光控制范圍可達10：1。

　　如果要進一步降低LED的正向工作電流則會產生LED發光顏色發生變化和不能準確調節控制LED的正向工作電流的問題。