LED 基礎(chǔ)知識

    LED 是取自 Light Emitting Diode 三個(gè)字的縮寫，中文譯為“發(fā)光二極管”，顧名 思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件具有二極管的特性。目前不 同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到藍(lán)間不同波長的光線，目前發(fā)出紫色乃至紫外光的 發(fā)光二極管也已經(jīng)誕生。除此之外還有在藍(lán)光 LED上涂上熒光粉，將藍(lán)光轉(zhuǎn)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(chǎn)生具有不同能量的光子，借此可以控制 LED 所發(fā) 出光的波長，也就是光譜或顏色。歷**個(gè) LED 所使用的材料是砷(As) 化鎵(Ga) , 其正向 PN 結(jié)壓降(VF ，可以理解為點(diǎn)亮或工作電壓)為 1.42V ，發(fā)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(jié)壓降為 2.261V ，發(fā)出的光 線為綠光。 基于這兩種材料，早期 LED 工業(yè)運(yùn)用 GaAs1-xPx 材枓結(jié)構(gòu)，理論上可以生產(chǎn)從 紅外光一直到綠光范圍內(nèi)任何波長的 LED ，下標(biāo) X 代表磷元素取代砷元素的百分比。 一般通過 PN 結(jié)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(fā)光管。而 GaN( 氮化鎵)的藍(lán)光 LED 、GaP 的綠光 LED 和 GaAs 紅外光 LED ，被稱為二元素發(fā)光管。而目前的工 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(fā)光強(qiáng)度： 發(fā)光強(qiáng)度的衡量單位有照度單位(勒克司 Lux) 、光通量單位(流明 Lumen) 、發(fā)光強(qiáng)度單 位(燭光 Candle power) 1CD( 燭光)指*輻射的物體，在白金凝固點(diǎn)溫度下，每六十分之一平方厘米面積 的發(fā)光強(qiáng)度。(以前指直徑為 2.2 厘米，質(zhì)量為 75.5 克的鯨油燭，每小時(shí)燃燒 7.78 克， 火焰高度為 4.5 厘米，沿水平方向的發(fā)光強(qiáng)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(dòng)發(fā)光體采用發(fā)光強(qiáng)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(jī)等;而照度單位勒克司 Lux ，一般用于攝 影等領(lǐng)域。三種衡量單位在數(shù)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(jī)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(shè)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(fā)光強(qiáng)度為 160CD 。而真正的 LCD 投影機(jī)由于光傳播的損耗、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(shí)際使用中，光強(qiáng)計(jì)算常常采用比較容易測繪的數(shù)據(jù)單位或變向使用。對于 LE D 顯示屏這種主動(dòng)發(fā)光體一般采用 CD/ 平方米作為發(fā)光強(qiáng)度單位，并配合觀察角度為輔 助參數(shù)，其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數(shù)值與屏體有效顯示面積相乘，得 到整個(gè)屏體的在*視角上的發(fā)光強(qiáng)度，假設(shè)屏體中每個(gè)像素的發(fā)光強(qiáng)度在相應(yīng)空間 內(nèi)恒定，則此數(shù)值可被認(rèn)為也是整個(gè)屏體的光通量。一般室外 LED 顯示屏須達(dá)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(nèi) LED ，zui 大亮度在 70 ～20 CD/ 平方米左右。 單個(gè) LED 的發(fā)光強(qiáng)度以 CD 為單位，同時(shí)配有視角參數(shù)，發(fā)光強(qiáng)度與 LED 的色 彩沒有關(guān)系。單管的發(fā)光強(qiáng)度從幾個(gè) mCD 到五千 mCD 不等。LED 生產(chǎn)廠商所給出的 發(fā)光強(qiáng)度指 LED 在 20mA 電流下點(diǎn)亮，*視角上及中心位置上發(fā)光強(qiáng)度zui大的點(diǎn)。 封裝 LED 時(shí)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(qiáng)分 布。一般來說相同的 LED 視角越大，zui大發(fā)光強(qiáng)度越小，但在整個(gè)立體半球面上累計(jì) 的光通量不變。 當(dāng)多個(gè) LED 較緊密規(guī)則排放，其發(fā)光球面相互疊加，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)光平面發(fā)光強(qiáng) 度分布比較均勻。在計(jì)算顯示屏發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，需根據(jù) LED 視角和 LED 的排放密度， 將廠商提供的zui大點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度值乘以 30% ～90% 不等，作為單管平均發(fā)光強(qiáng)度。 一般 LED 的發(fā)光壽命很長，生產(chǎn)廠家一般都標(biāo)明為 10,0 小時(shí)以上，實(shí)際還應(yīng) 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(diǎn)亮十幾至幾十小時(shí) 后，亮度就只有原來的一半了。亮度衰減周期與 LED 生產(chǎn)的材料工藝有很大關(guān)系，一 般在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下應(yīng)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(lán)三色按亮度比例混合而成，當(dāng)光線中綠色的亮度為 69% ，紅色的亮 度為 21% ，藍(lán)色的亮度為 10% 時(shí)，混色后人眼感覺到的是純白色。但 LED 紅綠藍(lán)三色 的色品坐標(biāo)因工藝過程等原因無法達(dá)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(dāng)為全彩色 LED 顯示屏進(jìn)行配色前，為了達(dá)到*亮度和zui低的成本，應(yīng)盡量 選擇三原色發(fā)光強(qiáng)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(diào)灰值下合成的仍舊為純正的白色。