莱斯布里奇大学毕业证:[知识概述]LED知识概述

　　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。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

　　led的分类

　　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。

　　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。历史上第一个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1.424V，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。而目前最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1600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1600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1600CD。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led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，得到整个屏体的在最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4000CD/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，最大亮度在700～2000 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，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。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，最大发光强度越小，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，将厂商提供的最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100,000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，为了达到最佳亮度和最低的成本，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。