LED显示技术发展文档格式.docx

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情调照明与情景照明有所不同，情调照明是动态的，可以满足人的精神需求的照明方式，使人感到有情调;

而情景照明是静态的，它只能强调场景光照的需求，而不能表达人的情绪，从某种意义上说，情调照明涵盖情景照明。

情调照明包含四个方面：

一是环保节能，二是健康，三是智能化，四是人性化。

　　凯西欧公司总经理吴育林先生编著了一本“情调照明书”，是中国第一本引领LED照明设计潮流的书籍，打破了设计理论长期被国外巨头垄断的局面，使LED的应用更加容易为市场所需要。

将最新的情调照明设计理念贡献出来与大家分享，借此希望更多专家学者、设计师参与讨论和提出建义。

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。

　　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（nm）　　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。

编辑本段照明用白光LED

　　可见光的光谱和LED白光的关系。

众所周之，可见光光谱的波长范围为380nm～760nm，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。

例如LED发的红光的峰值波长为565nm。

在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。

由此可见，要使LED发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。

但要制造这种性能的LED，在目前的工艺条件下是不可能的。

根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光+黄色光）或三波长发光（蓝色光+绿色光+红色光）的模式。

上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。

目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光LED的推广应用，尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。

　　白光LED的工艺结构和白色光源。

对于一般照明，在工艺结构上，白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；

第二种是多种单色光混合方法。

这两种方法都已能成功产生白光器件。

白光LED照明新光源的应用前景。

为了说明白光LED的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。

白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦；

荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。

对白光LED：

在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。

有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。

那时的白光LED的工作电流便可达安培级。

由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。

　　普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。

目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；

澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；

我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。

可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。

　　LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。

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LCDTV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（TrueColor）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：

　　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。

编辑本段参数测量标准

　　1·

1·

1、发光（辐射）效能的定义　　首先,必须修正对这个术语的误解,发光（辐射）效率（efficiency）　　用在此文中是不妥的,因为效率是指无量纲的物理量,而此处是有量纲的。

所以,正确的叫法是“发光（辐射）效能（efficacy）”。

　　发光（辐射）效能的定义:

　　CIE定义:

LED发出的光通量（辐射通量）与耗费电功率之比。

　　IEC定义:

LED发出的光通量（辐射通量）与耗费正向电流之比[4]。

　　评论:

CIE的发光效能要测3个物理量:

总光通量,正向电流,正向电压（或内阻）。

而IEC只需测量两个物理量:

总光通量、正向电流。

它没有选择正向电压是很明智的,因正向电压会随管芯温度的升高而下降。

作者认为,IEC的定义是不够严谨的。

因为即使对于同一批次的管芯和封装,管芯的内阻及端电压存在微小差异,所以仅适用于对发光（辐射）效能允许有一定变动范围的情况。

这样测试时间将缩短,因只需测量两个物理量。

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2、发光强度的测量距离　　CIE[5]规定了发光强度的测量距离有两种:

远场（条件A）为316mm,对应的立体角为01001Sr；

近场（条件B）为100mm,对应的立体角为0101Sr:

两者之间可以相互转换,远场测量结果乘以10就得到近场测量结果。

　　IEC[6]规定的测量距离仅为近场（条件B）,立体角<

0101Sr;

（为什么不写等于0101Sr?

）。

　　对测量距离,CIE明确规定从LED的外壳顶端到光探测器的灵敏面。

而IEC规定得比较模糊。

表面看起来,远场测量比近场测量有时候不确定度要小,因为在此条件下对测量距离、电流和杂散光的要求可相对低一些。

但同时,LED安装倾角的影响却相对增大,这可是一个大误差源。

一般而论,远场条件可适用强照明及封装产品,而近场条件适用于弱照明和芯片、指示灯和背光源等。

故均有存在的必要性。

其次,CIE在逻辑上不够严谨。

　　首先,它用很大篇幅说明了LED不是点光源,故距离平方反比定律不成立,发光强度这个概念也不适用。

另外在实践上,它实际上是测量LED在光电探测器灵敏面上的照度,然后乘以距离的平方而得到发光强度。

　　这样,曾经被否定的距离平方反比定律实际上仍用到了。

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。

散射型发光二极管适合于做指示灯用。

　　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10mcd）；

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

　　LED球泡灯

1.LED景观：

LED硬灯条，LED柔性灯带，LED数码管，LED流星雨，LED投光灯，LED洗墙灯，LED点光源，LED吸顶灯，LED埋地灯，LED水下灯；

　　2.LED室内：

LED日光灯，LED射灯，LED球泡灯，LED天花灯，LED柜台灯；

　　3.LED交通：

LED路灯；

4.LED汽车灯饰；

　　5.LED广告/指示：

LED泛光灯；

　　6.LED显示屏，LED等其它。

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被国外的厂商所掌握。

目前，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导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。

　　LED封装车间

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。

编辑本段LED产业目前面临的一些问题

　　在国家推动产业结构优化升级、培育新的产业增长点这一战略任务的指导下,LED成为各地方政府的发展重点,东莞、惠州、佛山、深圳、大连、南昌、厦门等地方政府纷纷制定了产业发展战略规划,国内掀起了一股LED投资热潮。

作为占据国内LED总产值的近半壁江山的广东,在5月发布的《关于加快经济发展方式转变的若干意见》中,将半导体照明（LED）产业列为广东近期重点主抓的三大战略性新