LED發(fā)光原理簡介

1、LED基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識2015年年11月月23日日LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED基礎(chǔ)簡介基礎(chǔ)簡介1 1， LED管及基礎(chǔ)知識管及基礎(chǔ)知識A A，通過通過LEDLED管的電流，最大電流管的電流，最大電流20MA20MA，我們一般設(shè)置為我們一般設(shè)置為18mA18mA以下以下B B，LEDLED管常見幾種封裝型式是：管常見幾種封裝型式是：1 1）方型管（方型管（ 用于戶內(nèi)亞表貼屏）用于戶內(nèi)亞表貼屏）2 2）橢圓管）橢圓管 55：（：（546546：用于戶外大屏）：用于戶外大屏）3 3）橢圓管橢圓管 33：（：（346346：用于半戶外或戶外大屏）：用

2、于半戶外或戶外大屏）4 4）圓型管：（用于燈光等，也分為）圓型管：（用于燈光等，也分為33、55管）管）5 5）表貼三合一：表貼三合一：3528 0606 0404 3535 3534 20203528 0606 0404 3535 3534 20206 6）表貼三并一：表貼三并一：正圓燈管正圓燈管橢圓橢圓燈管燈管三并一模塊三并一模塊點陣模塊點陣模塊LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED發(fā)光原理發(fā)光原理1 1， LED管及基礎(chǔ)知識管及基礎(chǔ)知識發(fā)光二極管。發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的

3、固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。為光。LEDLED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是是P P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成

4、一個P-NP-N結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向的時候，電子就會被推向P P區(qū)，在區(qū)，在P P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是，這就是LEDLED燈發(fā)光的原理燈發(fā)光的原理LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED發(fā)光原理發(fā)光原理1 1， LED管及基礎(chǔ)知識管及基礎(chǔ)知識發(fā)光二極管。發(fā)光二極管。 LEDLED發(fā)光波長取決于材料，在發(fā)光波長取決于材料，在PNPN結(jié)處，不同的材料所產(chǎn)生的勢壘（內(nèi)電結(jié)處，不同的材料所產(chǎn)生的勢壘（內(nèi)電場）不一樣，外加正向偏置電壓時，場）不一樣，

5、外加正向偏置電壓時，LEDLED的導(dǎo)通電壓也不一樣，由于的導(dǎo)通電壓也不一樣，由于N N區(qū)的電子流數(shù)大于區(qū)的電子流數(shù)大于P P區(qū)的空穴流數(shù)，故區(qū)的空穴流數(shù)，故LEDLED發(fā)光主要取決于電子數(shù)，由發(fā)光主要取決于電子數(shù)，由公式公式EgEg= =hvhv/ /q;vq;v=c/=c/;可知，=1240/Eg(NM);LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED電性參數(shù)電性參數(shù)1 1， LED電性參數(shù)電性參數(shù)1 1、正向工作電流、正向工作電流IF ,IF ,2 2、正向工作電壓、正向工作電壓VFVF3 3、正向開啟電壓、正向開啟電壓VonVon3 3、方向擊穿電壓、方向擊穿電壓VRVR4 4、允許功耗

6、、允許功耗PT,PT=IFPT,PT=IF* *VFVF5 5、響應(yīng)時間：主要指、響應(yīng)時間：主要指LEDLED反應(yīng)速度，上升時間反應(yīng)速度，上升時間-LED-LED從從10%10%亮度至亮度至90%90%亮亮度所經(jīng)歷的時間，下降時間度所經(jīng)歷的時間，下降時間- -亮度降低到亮度降低到10%10%亮度所經(jīng)歷的時間（亮度所經(jīng)歷的時間（響應(yīng)時間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。）LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED光學參數(shù)光學參數(shù)1 1， LED光學參數(shù)光學參數(shù)1 1、光譜半寬度、光譜半寬度2 2、峰值波長、峰值波長3 3、中心波長、中心波長LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LED

7、LED光學特性參數(shù)光學特性參數(shù)v亮度亮度L L，發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量，發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量， LE DLE D顯顯 示示 屏單位面積屏單位面積上的發(fā)光強度，上的發(fā)光強度，LEDLED顯示屏在某角度的亮度等于單位在面積內(nèi)所有顯示屏在某角度的亮度等于單位在面積內(nèi)所有LEDLED的亮度之和，的亮度之和，單位為單位為坎德拉坎德拉/ /平方米（平方米（ cdcd/M/M2 2 ）; ;亮度與電流的關(guān)系：亮度與電流的關(guān)系：L=KL=K* *IFM,KIFM,K為比例系數(shù)，當為比例系數(shù)，當電流小于電流小于10MA10MA時，時，M=1.3-1.5;M=1.3-

8、1.5;當電流大于當電流大于10MA10MA時，時，M=1M=1，v光通量光通量； LED向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大?？梢姽夤馔侩S之增大?？梢姽釲ED的光通量單位為流明的光通量單位為流明(lm)。v光強光強I I：發(fā)光體在特定方向單位立體角所發(fā)射的光通量：發(fā)光體在特定方向單位立體角所發(fā)射的光通量 單位是單位是坎德拉（坎德拉（CD)CD)v照度照度E E：發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量，單位是勒克斯：發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量，單位是勒克斯( (LuxLux）

9、= =流明流明/ /面面積；積；v光效光效:電能轉(zhuǎn)化為光能的能力電能轉(zhuǎn)化為光能的能力,以發(fā)出的光通量除以通過的電能表示以發(fā)出的光通量除以通過的電能表示,單位是流明單位是流明/瓦瓦;v角度，垂直可視角度和水平可視角度角度，垂直可視角度和水平可視角度 水平可視角度表示以顯示器的垂直法線水平可視角度表示以顯示器的垂直法線( (即顯示屏正中間的垂直假想線即顯示屏正中間的垂直假想線) )為準，在垂直為準，在垂直于法線左方或右方一定角度的位置上仍然能夠正常的看見顯示圖像，這個角度范圍就于法線左方或右方一定角度的位置上仍然能夠正常的看見顯示圖像，這個角度范圍就是顯示屏的水平可視角度；同樣如果以水平法線為準，

10、上下的可視角度就稱為垂直可是顯示屏的水平可視角度；同樣如果以水平法線為準，上下的可視角度就稱為垂直可視視v亮度和角度的關(guān)系，亮度和角度的關(guān)系，LEDLED亮度由晶片發(fā)光亮度和燈杯反射亮度兩部分組成，因此發(fā)光亮度由晶片發(fā)光亮度和燈杯反射亮度兩部分組成，因此發(fā)光亮度和角度成反比，角度越大亮度越低亮度和角度成反比，角度越大亮度越低 LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED顯示屏主要性能參數(shù)有哪些？顯示屏主要性能參數(shù)有哪些？v對比度，即明暗比，是指顯示屏的最大亮度和最小亮度的比值，對比度，即明暗比，是指顯示屏的最大亮度和最小亮度的比值，LEDLED亮度、面罩反光亮度、面罩反光程度、背光亮度等影響

11、此參數(shù)程度、背光亮度等影響此參數(shù)v灰度級，灰度級，也就是所謂的色階或灰階，是指亮度的明暗程度。一般而言灰度越高，顯示也就是所謂的色階或灰階，是指亮度的明暗程度。一般而言灰度越高，顯示的彩越豐富，畫面也越細膩，色彩越艷麗的彩越豐富，畫面也越細膩，色彩越艷麗，每種基色的灰度數(shù)相乘積即顏色數(shù)量每種基色的灰度數(shù)相乘積即顏色數(shù)量v換幀頻率，即幀頻，是指顯示屏在每秒鐘能顯示的不同圖像數(shù)，單位為換幀頻率，即幀頻，是指顯示屏在每秒鐘能顯示的不同圖像數(shù)，單位為Hz;Hz;v刷新率，是指每秒鐘顯示屏對顯示內(nèi)容的更新次數(shù)，可能同一幀圖像多次刷新，單位刷新率，是指每秒鐘顯示屏對顯示內(nèi)容的更新次數(shù)，可能同一幀圖像多次刷

12、新，單位為為HzHz20002000快門快門0000LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED熱學特性熱學特性1 1， LED熱學特性熱學特性當電流流過當電流流過P-NP-N結(jié)時，結(jié)時，P-NP-N結(jié)結(jié)溫會升高，因為結(jié)結(jié)溫會升高，因為LEDLED芯片尺寸很小，故通芯片尺寸很小，故通常我們把結(jié)溫看作是芯片的溫度。常我們把結(jié)溫看作是芯片的溫度。 結(jié)溫的升高會導(dǎo)致結(jié)溫的升高會導(dǎo)致LEDLED發(fā)光亮度、發(fā)光波長、正向電壓有所下降；發(fā)光亮度、發(fā)光波長、正向電壓有所下降；結(jié)溫升高會使材料禁帶寬度（勢壘結(jié)溫升高會使材料禁帶寬度（勢壘EgEg) )減少減少, ,發(fā)光波長變長，顏色紅移發(fā)光波長變長，顏色紅移

13、，一般情況下，我呢度的升高與波長紅移的關(guān)系為，一般情況下，我呢度的升高與波長紅移的關(guān)系為p(T)=0(T0)+Tg0.1nm/ 每溫度上升10 ，波長紅移，波長紅移1-2NM;1-2NM;光光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。在室溫下，結(jié)溫每升高在室溫下，結(jié)溫每升高1 1 ，發(fā)光亮度減少，發(fā)光亮度減少1%1%左右。左右。故，有效的散熱設(shè)計是保證故，有效的散熱設(shè)計是保證LEDLED安全高效工作的保障。安全高效工作的保障。LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED顯示屏主要組成部件有什么？顯示屏主要組成部件有什么？v 顯示模組主要由顯示模組主要由LEDLED、驅(qū)動

14、、驅(qū)動ICIC、譯碼、譯碼ICIC、電源管理、電源管理ICIC、接插件或線材、接插件或線材、PCBPCB、底殼、面罩等、底殼、面罩等v LEDLED顯示屏主要有顯示模組、電源、箱體或框架、連接線材及連接件、控制顯示屏主要有顯示模組、電源、箱體或框架、連接線材及連接件、控制系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、防水結(jié)構(gòu)、安裝或拼裝結(jié)構(gòu)等組成系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、防水結(jié)構(gòu)、安裝或拼裝結(jié)構(gòu)等組成v 屏體外設(shè)主要有配電機柜、控制主機、視頻處理器、視頻拼接器、連接線材屏體外設(shè)主要有配電機柜、控制主機、視頻處理器、視頻拼接器、連接線材或連接件、光纖及光纖轉(zhuǎn)換器、遠程播放及控制系統(tǒng)、散熱或加溫裝置、播或連接件、光纖及光纖轉(zhuǎn)換器、遠程播

15、放及控制系統(tǒng)、散熱或加溫裝置、播放軟件、鋼結(jié)構(gòu)及外觀裝飾放軟件、鋼結(jié)構(gòu)及外觀裝飾LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識LEDLED顯示屏主要組成部件有什么？顯示屏主要組成部件有什么？1 1， LED管及基礎(chǔ)知識管及基礎(chǔ)知識C C，芯片廠家：日本的日亞，美國的芯片廠家：日本的日亞，美國的CREECREE，臺灣的璨圓、晶元、，臺灣的璨圓、晶元、 仕蘭、仕蘭、 乾照等。乾照等。D D， LED LED支架支架 LEDLED支架從材料上區(qū)分有鐵支架和銅支架二種；從支架從材料上區(qū)分有鐵支架和銅支架二種；從LEDLED燈的發(fā)光形式上區(qū)燈的發(fā)光形式上區(qū)分有帶碗和不帶碗的二種，帶碗的發(fā)光較集中有角度但亮度較高，不

16、帶碗的亮光發(fā)散分有帶碗和不帶碗的二種，帶碗的發(fā)光較集中有角度但亮度較高，不帶碗的亮光發(fā)散，光線柔和但亮度不高。，光線柔和但亮度不高。E E， LEDLED管的管壓降管的管壓降 紅或橙管管壓降為：紅或橙管管壓降為：1.9V1.9V2.0V2.0V；綠、蘭管管壓降為：；綠、蘭管管壓降為：3.0V3.0V3.8V3.8V。G,G, LED LED管的的波長管的的波長我們這里指的波長是正波長，紅：我們這里指的波長是正波長，紅：6256252.5nm2.5nm，綠：，綠：5255252.5nm2.5nm，蘭：，蘭：4704702.5nm2.5nm。LED顯示屏相關(guān)知識顯示屏相關(guān)知識v主流芯片有德州儀器、

17、明陽半導(dǎo)體、聚積科技、力芯微主流芯片有德州儀器、明陽半導(dǎo)體、聚積科技、力芯微、日月成、日月成等；等；v美國德州儀器（美國德州儀器（TITI）是世界上最大的半導(dǎo)體公司之一）是世界上最大的半導(dǎo)體公司之一 主要代表芯片有：主要代表芯片有：TI59282TI59282、TI59283TI59283、TI59284TI59284v臺灣明陽半導(dǎo)體成立于臺灣明陽半導(dǎo)體成立于20092009年年5 5月月, , 專注于混合訊號專注于混合訊號LEDLED芯片設(shè)計芯片設(shè)計 主要代表芯片有：主要代表芯片有：MY9868MY9868、MY9862MY9862v臺灣聚積科技成立于臺灣聚積科技成立于19991999年，專

18、注于電源管理及光電應(yīng)用的開發(fā)和設(shè)計年，專注于電源管理及光電應(yīng)用的開發(fā)和設(shè)計 主要代表芯片有：主要代表芯片有：JXI5020JXI5020、MBI5024MBI5024、MBI5034MBI5034、MBI5041MBI5041、MBI5035MBI5035、 MBI5045 MBI5045、MBI5050MBI5050、MBI515X等等v日月成芯片：日月成芯片：SUM2016SUM2016 、SUM2017 、SUM2032 LEDLED顯示屏主要組成部件有什么？顯示屏主要組成部件有什么？2,LED2,LED顯示屏常用恒流顯示屏常用恒流ICIC品牌及型號品牌及型號LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基

19、礎(chǔ)知識v電源品牌主要有臺灣明緯，創(chuàng)聯(lián)，新星，誠聯(lián)等電源品牌主要有臺灣明緯，創(chuàng)聯(lián)，新星，誠聯(lián)等 LEDLED顯示屏主要組成部件有什么？顯示屏主要組成部件有什么？3,LED3,LED顯示屏常用電源品牌及型號顯示屏常用電源品牌及型號LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識v功耗分為最大功耗和平均功耗，其中最大功耗是指顯示屏處全亮狀態(tài)下（也即是白平功耗分為最大功耗和平均功耗，其中最大功耗是指顯示屏處全亮狀態(tài)下（也即是白平衡衡255255灰度時）；平均功耗是指顯示屏在正常使用時的平均功耗，與顯示的內(nèi)容有關(guān)灰度時）；平均功耗是指顯示屏在正常使用時的平均功耗，與顯示的內(nèi)容有關(guān)，無法以決對值進行表示，一般按最大功耗

20、的，無法以決對值進行表示，一般按最大功耗的40%40%進行估算；進行估算；v功耗的估算需根據(jù)功耗的估算需根據(jù)LEDLED參數(shù)、亮度要求、點距要求進行估算模組電流：參數(shù)、亮度要求、點距要求進行估算模組電流： 式式1 1：屏體亮度：屏體亮度= =單點亮度單點亮度L1L1* *點數(shù)點數(shù)* *95% 95% 即單點亮度即單點亮度L1=L1=屏體亮度屏體亮度/95%/95%/點數(shù)點數(shù) 如如P16 P16 每平米點數(shù)為每平米點數(shù)為39063906點，屏體要求點，屏體要求6000cd/M6000cd/M2 2, , 則則L1=6000/95%/3906=1.61cd;L1=6000/95%/3906=1.6

21、1cd; 式式2 2：LEDLED參數(shù)中參數(shù)中R R：G G：B=3B=3：6 6：1 1，取，取R R、G G、B B中最低亮度進行估算單組燈最大中最低亮度進行估算單組燈最大 亮度亮度L2L2，參數(shù)中，參數(shù)中20mA20mA測試電流時：測試電流時：R 1100mcd,G 2400mcd,B 400mcd,R 1100mcd,G 2400mcd,B 400mcd, 由按由按R 1100R 1100計算，計算， 單組最大亮度單組最大亮度L2=1100/3L2=1100/3* *10= 3670 10= 3670 mcdmcd 式式3 3：單點亮度：單點亮度L1/L1/單組最大亮度單組最大亮度L2

22、=L2=單點電流單點電流I1/I1/測試電流測試電流I2I2 其中測試電流其中測試電流I2I2是指規(guī)格參數(shù)中的測試電流，一般單顆燈取是指規(guī)格參數(shù)中的測試電流，一般單顆燈取20mA20mA， 3 3顆燈（顆燈（RGBRGB）取）取60mA60mA 如上參數(shù)中，如上參數(shù)中，L1/L2=I1/I2 L1/L2=I1/I2 即即I1=L1/L2I1=L1/L2* *I2I2 I1=1.61cd/3670mcd I1=1.61cd/3670mcd* *60mA=26.32mA60mA=26.32mA 式式4 4：模組電流：模組電流I=I=模組點數(shù)模組點數(shù)* *單點電流單點電流I1I1 如上參數(shù)中，如上參

23、數(shù)中，P16P16模組是模組是2020* *2020點點 即即I=20I=20* *2020* *26.32mA26.32mA =10.528mA =10.528A =10.528mA =10.528A2 2，功耗如何估算，與亮度有什么關(guān)聯(lián)功耗如何估算，與亮度有什么關(guān)聯(lián)LEDLED顯示屏常見問題顯示屏常見問題LED顯示屏基礎(chǔ)知識顯示屏基礎(chǔ)知識v從前表中估算出模組電流后，根據(jù)所選用的電源帶載能力進行分配電源；從前表中估算出模組電流后，根據(jù)所選用的電源帶載能力進行分配電源； 如明瑋如明瑋5V 60A5V 60A電源，帶載能力按電源，帶載能力按80%80%計算；計算； 前一參數(shù)中單個模組電流為前一參數(shù)中單個模組電流為10.528A10.528A，則單個電源最大可以帶，則單個電源最大可以帶9 9個模組；個模組； 如如960960* *960960箱體共有箱體共有9 9個模組，測需個模組，測需2 2個電源個電源4.2V4.2V，每個電源，每個電源300W300W，帶，帶PFCPFC 前式中單點前式中單點26.32mA26.32mA，每平米點數(shù)，每平米點數(shù)39063906點，每平米點，每平米103A103A電流；電流； 按按83%83%電源使用率，電源使用率，PFC 95%PFC 95%， 功耗計算：功耗計算：P=UP=U* *I=4.2VI=4.2V* *103A/0.95/0.