什么是LED

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。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。编辑本段LED应用 鉴于LED 的自身优势，目前主要应用于以下几大方面： (1) 显渣败示屏、交通讯号显示光源的应用LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。 (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP 公司在1996年 半导体照明推出的LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5 年内会形成每年30 亿元的产值。 (3) LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED 作为LCD 背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、BP 机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED 背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED 是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED 器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED 器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35 亿只LED 芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED 背光源还是进口的，对于国产LED 产品来说，这是个极好的市场机会。 (4)LED 照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED 光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为" 照亮日本") ，头五年的预算为50 亿日元，如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 ×106kW 核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划[4]。 (5) 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED 会闪烁发光，仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3 亿只发光灯；正在流行的LED 圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。 （6）家用室内照明的LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭！六、坚固耐用 LED被完全封装在环氧树脂如含颤里面，比灯泡和荧光灯管都坚老备固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。 LED灯七、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。八、技术先进 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。它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。编辑本段照明术语 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。编辑本段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。 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。 目前，经过中国政府对LED产业化的积极推动， 国内LED显示屏的生产技术基本与世界同步，国内知名品牌有：远亮国际照明、大眼界光电（TopVision)、元亨光电（yaham）、山木显示（skymax-display）、丽晶光电（Lightking）、洲明（Unilumin）、锐拓（Retop）、爱立德（aled）、联建光电（liantronics）、长方照明（cfled）、明尔杰（MejLed）、德彩光电（dicolor）、联森（lenson）、良辉光电(lhgd)、通普（TOP)、雅其光（Art）、金立翔、艾比森（absen）、艾斯威（aswei）、雷森（ledsun）、利亚德（leyard）、科美芯(SBC)、三思等。编辑本段LED的发光原理 LED手电筒发光二极管是由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，如图1所示。 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。编辑本段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。编辑本段运作参数和效率 一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固定在金属铁片上，以助散热。在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现，而其效率大约是每瓦18至22流明。 2003年九月，Cree,Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最光的白光LED。在2005年他们展示了一款白光LED原型，在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。 今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED数组安放在屏幕上，用以制造彩色显示屏。编辑本段LED上拉电阻 一般LED工作时，加10mA足以使之正常工作，故电阻值为Vo/10mA，Vo即为外加电阻的值，如+5V的电压下可以使用500欧姆的电阻LED显示屏控制系统 简单说分为 : 同步控制系统（与计算机输出内容同步）；异步脱机控制系统（将内容存储在控制卡内，脱机运行） 随着近2年LED显示屏的飞速发展，LED控制系统的市场也变的更加广阔，尤其是09年刚刚新起的维达U盘LED控制卡目前使用的最多，维达U盘LED控制卡可用串口连接电脑，也可用U盘传递信息，省电脑、免布线、支持模拟时钟、流水边框，维达U盘LED控制卡适合各种室内外显示屏，上市以来深受全国各地LED显示屏厂商喜爱。 LED控制卡 LED显示屏发展到今已逐步走入民用化，如各种店面用的门头屏、室内外的各种方形屏和其他的各种条型屏等。目前要配显示屏必须要配接一台电脑来更新内容，这使得很大一部分用户特别是广告用户更新节目困难。U盘LED控制卡解决了这一难题，使用U盘这个最常见而且价廉的信息传递媒介工具，即使用户没有电脑也可借助网吧、家里或者朋友的电脑编好内容去更新显示屏内容，U盘不需要一直插在显示屏或其延长线上，插上后几秒钟后信息便存入屏内，U盘便可拔走。U盘LED控制卡具有常用的串口通讯功能，想用电脑直接通讯的用户可直接接上使用。用U盘传递LED显示屏内容，并已逐步应用于全国各地的LED显示屏上。 LED显示屏控制卡又称LED异步控制器，是LED图文显示屏的核心部件。负责接收来自计算机串行口的画面显示信息，置入帧存储器，按分区驱动方式生成LED显示屏所需的串行显示数据和扫描控制时序。 LED显示屏以显示各种文字、符号和图形为主。画面显示信息由计算机编辑，经RS232/485串行口预先置入LED显示屏的帧存储器，然后逐屏显示播放，循环往复。显示方式丰富多彩，显示屏脱机工作。LED显示屏因其控制灵活，操作方便，成本低廉，在社会各行业有着广泛的应用。编辑本段LED分类 1、按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 2、按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。 从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。 3、按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 4、按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。编辑本段LED应用于路灯有先天优势和劣势 一、优势在于： 第一，LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题； 第二，对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费； 第三，色温可选，这样在不同场合的应用中，也是提高效率、降低成本的一个重要途径； 第四，技术进步空间依然很大。 二、劣势(影响路灯推广应用的因素)有： 当前价格还太高，光通量低，当前同等照度设计的LED光源价格大约相当于传统光源的4倍(不过在路灯产品中，光源部分占总成本并不高，所以在工程安装中的成本提高比例也不会太高，应用的空间还是比较大的)，在民用中难以承受。当前设计和制造标准比较混乱，损坏比例高，影响了LED的寿命优势编辑本段LED应用的相关产品 1.LED景观 2.LED室内 3.LED交通 4.LED汽车灯饰 5.LED广告/指示 6.LED显示屏 LED其它编辑本段LED产品“贵”的三大原因1.国内企业没有核心技术 LED行业的上游的绝大部分核心专利掌握在老外的手上，我们没有掌握核心技术，尽管我们LED应用产品制造能力在全球占到50%,份额占到50%,但利润却是最低的一环。 LED芯片随工艺、数量增长采用更大尺寸晶圆片制作工艺，会不断的降低成本，近年来每年在20%速度降低，LED芯片价格因数中，要将光效的提升也计入价格降低中，同样的价格购买了更好的产品。LED照明灯具的成本主要在LED芯片，只要芯片价格降下来，LED的流明单价能降到与现阶段的节能灯相当，室内照明就自然遍地开花。LED芯片还大有降价空间。2.LED应用产品散热难 结构设计在灯具中大概占20%,一直以来中国勤劳人民都会定价很低，20%成本认为很合理，最大的问题是怎样更有创新，设计更合理。 散热成本要维持在5%,实际散热设计很简单，把住两个方向：一是，LED芯片与外散热器件路径越短越好，越短你的散热设计就越好；二是，散热阻力，就是要有足够的散热传到路径同时也要有足够的‘散热道路’.这部分成本主要在结构，用于散热成本并不多。3.LED应用电源管理 电源是LED灯具最薄弱的环节，严重滞后LED灯具发展，品质有待提高。现在设计占灯具成本的20%左右，有些高。随着技术发展电源大概在5-10%最为合理。 LED成本高，其实是相对目前其他光源来说，作为20世纪90年代才发明蓝光LED,从而导致LED白光得以实现的LED行业而言，其实现在的成本并不高。尤其是LED环保、节能、不含汞，而且每季度LED灯具的价格都在往下滑，相信一定可以在较短的时间内达到人们能够接受的水平。编辑本段LED驱动电源九大性能特点要求 根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下九大性能特点要求： 1．高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。 2．高效率 LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。 3．高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。 4．驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。 5．浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。 6．保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。 7．防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。 8．驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。 9．要符合安规和电磁兼容的要求。 随着LED的应用日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。编辑本段LED封装技术介绍 1.扩晶，把排列的密密麻麻的晶片弄开一点便于固晶。 2.固晶，在支架底部点上导电/不导电的胶水(导电与否视晶片是上下型PN结还是左右型PN结而定）然后把晶片放入支架里面。 3.短烤，让胶水固化焊线时晶片不移动。 4.焊线，用金线把晶片和支架导通。 5.前测，初步测试能不能亮。 6.灌胶，用胶水把芯片和支架包裹起来。 7.长烤，让胶水固化。 8.后测，测试能亮与否以及电性参数是否达标。 9。分光分色，把颜色和电压大致上一致的产品分出来。 10，包装。