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LED 基礎知識
LED 基礎知識
編輯時間:2016-05-03 打印本稿
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LED 是取自 Light Emitting Diode 三個字的縮寫,中文譯為“發光二極管”,顧名 思義發光二極管是一種可以將電能轉化為光能的電子器件具有二極管的特性。目前不 同的發光二極管可以發出從紅外到藍間不同波長的光線,目前發出紫色乃至紫外光的 發光二極管也已經誕生。除此之外還有在藍光 LED 上涂上熒光粉,將藍光轉化成白光 的白光 LED 。 LED 的色彩與工藝: 制造 LED 的材料不同,可以產生具有不同能量的光子,借此可以控制 LED 所發 出光的波長,也就是光譜或顏色。歷史上第一個 LED 所使用的材料是砷(As) 化鎵(Ga) , 其正向 PN 結壓降(VF ,可以理解為點亮或工作電壓)為 1.42V ,發出的光線為紅外光 譜。另一種常用的 LED 材料為磷(P) 化鎵(Ga) ,其正向 PN 結壓降為 2.261V ,發出的光 線為綠光。 基于這兩種材料,早期 LED 工業運用 GaAs1-xPx 材枓結構,理論上可以生產從 紅外光一直到綠光范圍內任何波長的 LED ,下標 X 代表磷元素取代砷元素的百分比。 一般通過 PN 結壓降可以確定 LED 的波長顏色。其中典型的有 GaAs0.6P0.4 的紅光 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、磷三種元素,所以俗稱這些 LED 為三元素發光管。而 GaN( 氮化鎵)的藍光 LED 、GaP 的綠光 LED 和 GaAs 紅外光 LED ,被稱為二元素發光管。而目前最新的工 藝是用混合鋁(Al) 、鈣(Ca) 、銦(In) 和氮(N) 四種元素的 AlGaInN 的四元素材料制造的 四元素 LED ,可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜范圍。 發光強度: 發光強度的衡量單位有照度單位(勒克司 Lux) 、光通量單位(流明 Lumen) 、發光強度單 位(燭光 Candle power) 1CD( 燭光)指完全輻射的物體,在白金凝固點溫度下,每六十分之一平方厘米面積 的發光強度。(以前指直徑為 2.2 厘米,質量為 75.5 克的鯨油燭,每小時燃燒 7.78 克, 火焰高度為 4.5 厘米,沿水平方向的發光強度) 1L( 流明)指 1 CD 燭光照射在距離為 1 厘米,面積為 1 平方厘米的平面上的光通 量。 1Lux( 勒克司)指 1L 的光通量均勻地分布在 1 平方米面積上的照度。 一般主動發光體采用發光強度單位燭光 CD ,如白熾燈、LED 等;反射或穿透型 的物體采用光通量單位流明 L,如 LCD 投影機等;而照度單位勒克司 Lux ,一般用于攝 影等領域。三種衡量單位在數值上是等效的,但需要從不同的角度去理解。比如:如 果說一部 LCD 投影機的亮度(光通量)為 160 流明,其投影到全反射屏幕的尺寸為 60 英寸(1 平方米),則其照度為 160 勒克司,假設其出光口距光源 1 厘米,出光口面積 為 1 平方厘米,則出光口的發光強度為 160CD 。而真正的 LCD 投影機由于光傳播的 浙江通明電器有限公司 www.tormin.com 代理銷售:0577-5690-9999 傳真:0577-5696-6166 地址:浙江溫州蒲州街道清江路 35 號 損耗、反射或透光膜的損耗和光線分布不均勻,亮度將大打折扣,一般有 50% 的效率 就很好了。 實際使用中,光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對于 LE D 顯示屏這種主動發光體一般采用 CD/ 平方米作為發光強度單位,并配合觀察角度為輔 助參數,其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數值與屏體有效顯示面積相乘,得 到整個屏體的在最佳視角上的發光強度,假設屏體中每個像素的發光強度在相應空間 內恒定,則此數值可被認為也是整個屏體的光通量。一般室外 LED 顯示屏須達到 40CD/ 平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內 LED ,最 大亮度在 70 ~20 CD/ 平方米左右。 單個 LED 的發光強度以 CD 為單位,同時配有視角參數,發光強度與 LED 的色 彩沒有關系。單管的發光強度從幾個 mCD 到五千 mCD 不等。LED 生產廠商所給出的 發光強度指 LED 在 20mA 電流下點亮,最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。 封裝 LED 時頂部透鏡的形狀和 LED 芯片距頂部透鏡的位置決定了 LED 視角和光強分 布。一般來說相同的 LED 視角越大,最大發光強度越小,但在整個立體半球面上累計 的光通量不變。 當多個 LED 較緊密規則排放,其發光球面相互疊加,導致整個發光平面發光強 度分布比較均勻。在計算顯示屏發光強度時,需根據 LED 視角和 LED 的排放密度, 將廠商提供的最大點發光強度值乘以 30% ~90% 不等,作為單管平均發光強度。 一般 LED 的發光壽命很長,生產廠家一般都標明為 10,0 小時以上,實際還應 注意 LED 的亮度衰減周期,如大部分用于汽車尾燈的 UR 紅管點亮十幾至幾十小時 后,亮度就只有原來的一半了。亮度衰減周期與 LED 生產的材料工藝有很大關系,一 般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素 LED 。 配色、白平衡: 白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成,當光線中綠色的亮度為 69% ,紅色的亮 度為 21% ,藍色的亮度為 10% 時,混色后人眼感覺到的是純白色。但 LED 紅綠藍三色 的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果,而控制原色包括有偏差的原色 的亮度得到白色光,稱為配色。 當為全彩色 LED 顯示屏進行配色前,為了達到最佳亮度和最低的成本,應盡量 選擇三原色發光強度成大致為 3:6:1 比例的 LED 器件組成像素。 白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為純正的白色。

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