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1、未来主流光源LED及应用简介光的常识光是以电磁波的形式传播的，光源是能被人们的眼所感到的电磁波，光是以电磁波的形式传播的，光源是能被人们的眼所感到的电磁波，其波长范围其波长范围380-780nm380-780nm长于长于780nm 780nm 的为红外线、无线电等，短于的为红外线、无线电等，短于380nm 380nm 的为紫外线、的为紫外线、X X 射线等。射线等。可见光又可分解成红光、黄光、橙光、绿光、青光、蓝光、紫光等可见光又可分解成红光、黄光、橙光、绿光、青光、蓝光、紫光等七种基本单色光七种基本单色光光的度量单位：光的度量单位：（1 1）光通量：光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号为
2、）光通量：光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号为 ，单位是流明（单位是流明（LmLm），），（2 2）光强：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为）光强：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为光源在该方向的光强度，符号为光源在该方向的光强度，符号为I I，单位为坎德拉（，单位为坎德拉（cdcd），），I=d/dI=d/d（ 为立体角），光强度的单位是光度测定的基本单位。为立体角），光强度的单位是光度测定的基本单位。（3 3）亮度：光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中发射的）亮度：光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量，称为光源在某一方向的光亮度，符
3、号为光通量，称为光源在某一方向的光亮度，符号为L L，L=dI/dsL=dI/ds，单位，单位为为cd/m2cd/m2（坎德拉每平方米（坎德拉每平方米 ）也叫尼特）也叫尼特（4 4）照度：表示表面被照明的程度的量，称为光照度，它是单位面）照度：表示表面被照明的程度的量，称为光照度，它是单位面积上受到光通量数，符号为积上受到光通量数，符号为E E，E=d/dsE=d/ds，单位为，单位为LxLx（勒克斯）（勒克斯）1Lx=1Lm/m21Lx=1Lm/m2（5 5）发光效率：光源发光效率是指一个光源所发出的光通量中与该）发光效率：光源发光效率是指一个光源所发出的光通量中与该光源所消耗的电力功率光源
4、所消耗的电力功率P P 之比即之比即=/p p色域图色域图 注：注：NTSC NTSC 色域值大约是色域覆盖率的色域值大约是色域覆盖率的2.222.22至至2.372.37倍；三原色：红、绿、倍；三原色：红、绿、蓝蓝 R R、G G、B B 三补色：青、品、黄三补色：青、品、黄 C C、MM、Y Y 背光的结构示意图CCFL发光原理n nCCFLCCFL的物理构成是在一玻璃管内封入隋性气体的物理构成是在一玻璃管内封入隋性气体Ne+ArNe+Ar混合气混合气体，其中含有微量水银蒸气体，其中含有微量水银蒸气(mg)(mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体。，并于玻璃内壁涂布萤光体。通过灯管两端的电极加高压
5、（启动电压通过灯管两端的电极加高压（启动电压120012001600V1600V），让），让灯管内的气态汞电离，激发紫外线碰撞管壁上的荧光粉，从灯管内的气态汞电离，激发紫外线碰撞管壁上的荧光粉，从而发出光线，其波长由萤光体物质特性决定。而发出光线，其波长由萤光体物质特性决定。LED发光原理n nLEDLED，就是发光二极管（，就是发光二极管（light emitting diodelight emitting diode）, ,顾名思义发光二极管是一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。基本结构为种可以将电能转化为光能的电子器件，具有二极管的特性。基本结构为
6、一块电致发光的半导体模块。一块电致发光的半导体模块。n n发光二极管的结构主要由发光二极管的结构主要由PNPN结芯片、电极和光学系统组成。结芯片、电极和光学系统组成。n n在电极上加上正向偏压之后（在电极上加上正向偏压之后（0.3V-4V)0.3V-4V)，使电子和空穴分别注入，使电子和空穴分别注入P P区和区和N N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。具体如下：将多余的能量转化为光能。具体如下： 半导体晶片由三部分组成，一端是半导体晶片由三部分组成，一端是P P型半导体，为硅晶体上
7、掺杂镓型半导体，为硅晶体上掺杂镓（GAGA），在它里面空穴占主导地位；另一端是），在它里面空穴占主导地位；另一端是N N型半导体，为硅晶体上型半导体，为硅晶体上掺杂砷（掺杂砷（ASAS），电子占主导地位；中间区域为），电子占主导地位；中间区域为PNPN连接区，形成连接区，形成 EVEV的势的势垒，其中垒，其中1 1至至5 5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，注入电子和空穴在注入电子和空穴在PNPN连接区就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴连接区就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出多余能量。复
8、合，然后就会以光子的形式发出多余能量。 在在LEDLED的两端加上正向电的两端加上正向电压，电流从压，电流从LEDLED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线。调节电流，便可以调节光的强度。通过调整材料的能带结颜色的光线。调节电流，便可以调节光的强度。通过调整材料的能带结构和带隙，便可以多色发光，这种发光方式为构和带隙，便可以多色发光，这种发光方式为“ “注入式电致发光注入式电致发光” ”LED发光示意图LED LED 芯片制作流程芯片制作流程n n在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石在一块加热至适当温度的衬底基片（主
9、要有蓝宝石（AL2Q3AL2Q3）、）、SiCSiC、SiSi）上，气态物质）上，气态物质InGaAlPInGaAlP有控制的输送有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LEDLED外延片生长技外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。术主要采用有机金属化学气相沉积方法。 n n 外延片外延片清洗清洗镀透明电极层镀透明电极层透明电极图形光刻透明电极图形光刻腐蚀腐蚀去胶去胶平台图形光刻平台图形光刻干法刻蚀干法刻蚀去胶去胶退火退火SiO2SiO2沉积沉积窗口图形光刻窗口图形光刻SiO2SiO2腐蚀腐蚀去胶去胶N N极图形光刻极图形光刻预清洗预清洗镀
10、膜镀膜剥离剥离退火退火P P极图形光刻极图形光刻镀膜镀膜剥离剥离研磨研磨切割切割芯片芯片成品测试。成品测试。n n从制作工艺，从制作工艺，LEDLED的生产和集成电路的生产接近，也接近满的生产和集成电路的生产接近，也接近满足摩尔定律，成本和性能每足摩尔定律，成本和性能每1818个月有翻倍提升。个月有翻倍提升。 彩色光白光产生方式n n对于照明，需要白色的光源，主要有以下两种发光方法对于照明，需要白色的光源，主要有以下两种发光方法 A: A: 将将GaNGaN芯片和钇铝石榴石（芯片和钇铝石榴石（YAGYAG）封装在一起做成。）封装在一起做成。GaNGaN芯片发蓝光（芯片发蓝光（p=470nmp=
11、470nm，Wd=30nmWd=30nm），高温烧），高温烧结制成的含结制成的含Ce3+Ce3+的的YAGYAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值光射，峰值550nm550nm。蓝光。蓝光LEDLED基片安装在碗形反射腔中，基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有覆盖以混有YAGYAG的树脂薄层，约的树脂薄层，约200-500nm200-500nm。 一部分蓝一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于InGaN/YAGInGaN/YAG白色白色LEDLED，通过改变，通过改变YAGYAG荧光粉的化学组成荧光粉的
12、化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K3500-10000K的的各色白光。各色白光。 这种发光这种发光 方式为主流产品。方式为主流产品。 B: B: 以紫外线激发红绿蓝三色萤光粉。以紫外线激发红绿蓝三色萤光粉。各各种种白色光源特性比白色光源特性比较较LEDLED背光种类背光种类n n一：一：RGB-LED RGB-LED 三色三色LEDLED背光源背光源n nRGB-LEDRGB-LED通过红色、绿色、蓝色三原色通过红色、绿色、蓝色三原色LEDLED调制成白光，具有最好的光学特性。调制成白光，具有最好的光学特性。n nRGB-LEDR
13、GB-LED在组成背光源的时候，由在组成背光源的时候，由1 1个红色个红色LEDLED、1 1个蓝色个蓝色LEDLED和和2 2个绿色个绿色LEDLED。这组合。这组合方式是因为每种颜色的方式是因为每种颜色的LEDLED在发光效率上存在一定差异，必须要通过组合实现三种光源的在发光效率上存在一定差异，必须要通过组合实现三种光源的匹配。匹配。n nRGB-LEDRGB-LED电视的优点主要体现在色彩表现力和对比度两方面：由于采用了电视的优点主要体现在色彩表现力和对比度两方面：由于采用了RGBRGB三原色三原色独立发光元件，因此独立发光元件，因此RGB-LEDRGB-LED电视的色域范围大都能达到电
14、视的色域范围大都能达到NTSCNTSC的的120%120%以上以上n n 采用采用RGB-LEDRGB-LED光源还可以有效提升对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。光源还可以有效提升对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。由于整个背光源由众多微小的由于整个背光源由众多微小的LEDLED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制。根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明确的亮度控制。根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的暗对比强烈的画面
15、中，暗部区域的LEDLED背光可以完全关闭，而明亮区域的背光可以完全关闭，而明亮区域的LEDLED背光实现高背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用CCFLCCFL光源的所不能企及的光源的所不能企及的n n二：白光二：白光LEDLEDn n白光白光LEDLED采用了只能发出白光采用了只能发出白光LEDLED替原来的替原来的CCFLCCFL荧光管。荧光管。n n 亮度动态调节、区域背光控制都可以实现，也能实现很好的对比度。亮度动态调节、区域背光控制都可以实现，也能实现很好的对比度。在色域范围上也能较普通在色域范围上也能较普通CCFLC
16、CFL液晶电视有所提升。液晶电视有所提升。n n三：边缘发光三：边缘发光LEDLEDn n边缘发光边缘发光LEDLED被业界称为第三代被业界称为第三代LEDLED背光技术。它虽然采用了白光背光技术。它虽然采用了白光LEDLED作为背光源，但是通过结构和特殊材料的应用，在提高了色域和对作为背光源，但是通过结构和特殊材料的应用，在提高了色域和对比度指标的同时，也让机身厚度大幅度下降。比度指标的同时，也让机身厚度大幅度下降。n n边缘发光边缘发光LEDLED是将是将LEDLED光源放置在电视的边框位置，大都紧挨液晶面光源放置在电视的边框位置，大都紧挨液晶面板排列一层，因此非常节省空间。不过边缘发光板
17、排列一层，因此非常节省空间。不过边缘发光LEDLED发出的光线并不像发出的光线并不像前两种方案一样直接穿过液晶面板，而是和液晶面板平行。光线必须通前两种方案一样直接穿过液晶面板，而是和液晶面板平行。光线必须通过特殊的导光板，改变传播方向后才会透过液晶面板层。过特殊的导光板，改变传播方向后才会透过液晶面板层。n n 由于由于LEDLED灯在屏的边缘灯在屏的边缘, ,所以造成屏四周温度高，由于是二极管，工所以造成屏四周温度高，由于是二极管，工作电流和温度正相关，要求绝对温度不能超过作电流和温度正相关，要求绝对温度不能超过6565度。度。X10 侧发光 LED灯管X10 侧发光 LED导光板LED灯
18、管LED发光LED发光面板驱动LED背光种类LEDLED亮度控制方法可分为模拟调光和亮度控制方法可分为模拟调光和PWMPWM调光两种。调光两种。一：模拟调光通过改变一：模拟调光通过改变LEDLED电流来调整亮度，例如电流来调整亮度，例如20mA20mA正向电流如能让正向电流如能让LEDLED产生最大亮度，那么当正向电流降为产生最大亮度，那么当正向电流降为5mA5mA时，即可将亮度调整为时，即可将亮度调整为25%25%。模拟调光不会引入潜在的电磁兼容。模拟调光不会引入潜在的电磁兼容/ /电磁干扰频率，然而其缺点在电磁干扰频率，然而其缺点在于于LEDLED会随着正向电流改变而产生色偏现象。绿色会随
19、着正向电流改变而产生色偏现象。绿色LEDLED的最大亮度规格电的最大亮度规格电流为流为20mA20mA，当其亮度通过模拟调光减少为，当其亮度通过模拟调光减少为25%25%时，其色谱也会从时，其色谱也会从525nm525nm偏移到偏移到531nm531nm，n n二：二：PWMPWM调光通过开启和关闭调光通过开启和关闭LEDLED来改变正向电流导通时间以达到亮来改变正向电流导通时间以达到亮度调整效果，这种技术既能降低亮度，又能精确再现真实色彩。由于度调整效果，这种技术既能降低亮度，又能精确再现真实色彩。由于LEDLED都是以最大电流导通，因此不会出现模拟调光技术的色偏移问题。都是以最大电流导通，
20、因此不会出现模拟调光技术的色偏移问题。开关动作虽可能造成灯光闪烁，但只要频率超过开关动作虽可能造成灯光闪烁，但只要频率超过100Hz100Hz就可让人眼无法就可让人眼无法察觉。眼睛可平均察觉。眼睛可平均LEDLED的导通和截止时间，以造成的导通和截止时间，以造成LEDLED变暗的感觉，其亮变暗的感觉，其亮度则与度则与LEDLED导通负载周期成正比，例如让导通负载周期成正比，例如让LEDLED以以25%25%的最大电流导通时间的最大电流导通时间就能产生就能产生25%25%的亮度。脉冲导通电流可在不影响色纯度的前提下提供精的亮度。脉冲导通电流可在不影响色纯度的前提下提供精确亮度控制，确亮度控制，n
21、 n 三：三：X10X10背光调节要求背光调节要求PWMPWM的频率为的频率为120HZ120HZ200HZ200HZ间，实际为间，实际为160HZ160HZLED LED 常见常见PWMPWM调节背光调节背光BUCKBUCK电路电路逻辑图测试波形（注：（注：33%PWM33%PWM控制；控制；1CH MOSFET1CH MOSFET波形；波形；2CH-2CH-输入输入PWMPWM波形；波形；4CH LED4CH LED电流波形）电流波形）测试波形（注：（注：95%PWM95%PWM控制；控制；1CH MOSFET1CH MOSFET波形；波形；2CH-2CH-输入输入PWMPWM波形；波形；4CH LED4CH LED电流波形）电流波形）X10 LED 屏时序要求谢谢！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
