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LED 基础知识

点击次数:840 发布时间:2016-05-09

    LED 是取自 Light Emitting Diode 三个字的缩写,中文译为“发光二极管”,顾名 思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件具有二极管的特性。目前不 同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线,目前发出紫色乃至紫外光的 发光二极管也已经诞生。除此之外还有在蓝光 LED上涂上荧光粉,将蓝光转化成白光的白光 LED 

    LED 的色彩与工艺: 制造 LED 的材料不同,可以产生具有不同能量的光子,借此可以控制 LED 所发 出光的波长,也就是光谱或颜色。历史上*个 LED 所使用的材料是砷(As) 化镓(Ga) , 其正向 PN 结压降(VF ,可以理解为点亮或工作电压)为 1.42V ,发出的光线为红外光 谱。另一种常用的 LED 材料为磷(P) 化镓(Ga) ,其正向 PN 结压降为 2.261V ,发出的光 线为绿光。 基于这两种材料,早期 LED 工业运用 GaAs1-xPx 材枓结构,理论上可以生产从 红外光一直到绿光范围内任何波长的 LED ,下标 X 代表磷元素取代砷元素的百分比。 一般通过 PN 结压降可以确定 LED 的波长颜色。其中典型的有 GaAs0.6P0.4 的红光 LED ,GaAs0.35P0.65 的橙光 LED ,GaAs0.14P0.86 的黃光 LED 等。由于制造采用了 鎵、砷、磷三种元素,所以俗称这些 LED 为三元素发光管。而 GaN( 氮化镓)的蓝光 LED 、GaP 的绿光 LED 和 GaAs 红外光 LED ,被称为二元素发光管。而目前zui新的工 艺是用混合铝(Al) 、钙(Ca) 、铟(In) 和氮(N) 四种元素的 AlGaInN 的四元素材料制造的 四元素 LED ,可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。 发光强度: 发光强度的衡量单位有照度单位(勒克司 Lux) 、光通量单位(流明 Lumen) 、发光强度单 位(烛光 Candle power) 1CD( 烛光)指完全辐射的物体,在白金凝固点温度下,每六十分之一平方厘米面积 的发光强度。(以前指直径为 2.2 厘米,质量为 75.5 克的鲸油烛,每小时燃烧 7.78 克, 火焰高度为 4.5 厘米,沿水平方向的发光强度) 1L( 流明)指 1 CD 烛光照射在距离为 1 厘米,面积为 1 平方厘米的平面上的光通 量。 1Lux( 勒克司)指 1L 的光通量均匀地分布在 1 平方米面积上的照度。 一般主动发光体采用发光强度单位烛光 CD ,如白炽灯、LED 等;反射或穿透型 的物体采用光通量单位流明 L,如 LCD 投影机等;而照度单位勒克司 Lux ,一般用于摄 影等领域。三种衡量单位在数值上是等效的,但需要从不同的角度去理解。比如:如 果说一部 LCD 投影机的亮度(光通量)为 160 流明,其投影到全反射屏幕的尺寸为 60 英寸(1 平方米),则其照度为 160 勒克司,假设其出光口距光源 1 厘米,出光口面积 为 1 平方厘米,则出光口的发光强度为 160CD 。而真正的 LCD 投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀,亮度将大打折扣,一般有 50% 的效率 就很好了。 实际使用中,光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于 LE D 显示屏这种主动发光体一般采用 CD/ 平方米作为发光强度单位,并配合观察角度为辅 助参数,其等效于屏体表面的照度单位勒克司;将此数值与屏体有效显示面积相乘,得 到整个屏体的在zui佳视角上的发光强度,假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间 内恒定,则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外 LED 显示屏须达到 40CD/ 平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内 LED ,zui 大亮度在 70 ~20 CD/ 平方米左右。 单个 LED 的发光强度以 CD 为单位,同时配有视角参数,发光强度与 LED 的色 彩没有关系。单管的发光强度从几个 mCD 到五千 mCD 不等。LED 生产厂商所给出的 发光强度指 LED 在 20mA 电流下点亮,zui佳视角上及中心位置上发光强度zui大的点。 封装 LED 时顶部透镜的形状和 LED 芯片距顶部透镜的位置决定了 LED 视角和光强分 布。一般来说相同的 LED 视角越大,zui大发光强度越小,但在整个立体半球面上累计 的光通量不变。 当多个 LED 较紧密规则排放,其发光球面相互叠加,导致整个发光平面发光强 度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时,需根据 LED 视角和 LED 的排放密度, 将厂商提供的zui大点发光强度值乘以 30% ~90% 不等,作为单管平均发光强度。 一般 LED 的发光寿命很长,生产厂家一般都标明为 10,0 小时以上,实际还应 注意 LED 的亮度衰减周期,如大部分用于汽车尾灯的 UR 红管点亮十几至几十小时 后,亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与 LED 生产的材料工艺有很大关系,一 般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素 LED 。 配色、白平衡: 白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成,当光线中绿色的亮度为 69% ,红色的亮 度为 21% ,蓝色的亮度为 10% 时,混色后人眼感觉到的是纯白色。但 LED 红绿蓝三色 的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果,而控制原色包括有偏差的原色 的亮度得到白色光,称为配色。 当为全彩色 LED 显示屏进行配色前,为了达到zui佳亮度和zui低的成本,应尽量 选择三原色发光强度成大致为 3:6:1 比例的 LED 器件组成像素。 白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。

 

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