LED应用之实物投影机.doc

LED應用之實物投影機組員：賈鴻達、江俊德、李承哲、翁永霖、廖于凱、梁介銘德霖技術學院機械工程系夜二技096A指導老師：黃澤世 老師摘 要LED是發光二極體（Light Emitting Diode）的簡稱，是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光發光二極體的出現，也被用作照明。它是21世紀的新型光源，具有效率高，壽命長，不易破損等傳統光源無法與之比較的優點。加正向電壓時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所採用的半導體材料的化學組成成分，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或紅外線光。致 謝這一次的專題要非常感謝指導老師，是老師給了我們做實物投影機的靈感，在製作的過程中給了我們很多建議，也非常關心我們施工的進展程度及狀況。藉由這次機會也讓我們學習到了關於LED更多的知識，可以說是受益良多。225一、前言回顧全球LED產業發展史已屆四十年，一九六七年由德國科學家發明LED的化合物半導體，發光二極體LED（Light Emitting Diode），是以矽基半導體為主要原料，加上各種微量物質，利用P型及N型半導體中之電子與電洞結合，以光的型態釋出能量；LED屬於主動元件，獲得外部能量時，可發揮放大、振盪、整流等機能。LED的特質及優勢是21世紀的光源明星，我們深信它的未來性與取代性是一種趨勢。持續不斷努力前進，一直是我們推動自己的原動力。面對一個嶄新的世紀及商業型態，我們將延伸其既有的優勢，專精於LED多媒體顯示系統的市場，並跨入系統整合、光電及照明等市場。基於強烈的企圖心，我們一定能持續不斷的進步，創造與企業主雙贏的未來遠景。英國科學家貝爾德（Baird John Logie 1888 1946）是最早發明電視機的人，所以所謂視訊也是應電視機的發明而產生。視訊泛指將一系列的靜態影像以電信號方式加以捕捉，紀錄，處理，儲存，傳送，與重現的各種技術。視頻技術最早是從陰極射線管的電視系統的建立而發展起來的，但是之後新的顯示技術的發明，讓視頻技術包括的範疇更大了。基於電視的標準和基於計算機的標準，被試圖從兩個不同的方面來發展視頻技術。現在得益於計算機性能的提升，並且伴隨著數字電視的播出和紀錄，這兩個領域又有了新的交叉和集中。電腦現在能顯示電視信號，能顯示基於電影標準的視頻文件和流媒體，和快到暮年的電視系統相比，電腦伴隨著其運算器速度的提高，儲存容量的提高，和寬頻的逐漸普及，通用的計算機都具備了採集，儲存，編輯和發送電視、視頻文件的能力。二、製作動機本專題主要研究目的為如何將LED應用於實物投影機，其各設備之功用為：1.主要鏡頭是採用RightLight2超高解析度2百萬像素感應器來讀取文件資料，並用USB傳輸將其與電腦做連結。2.在鏡頭左右兩側裝設兩顆LED燈泡，其目的是用在環境光源不足之情況下來照明使用，並裝設可變電組來調整光源亮度，使其不會因光源太強而導致反光。3.固定鏡頭的支架則是選用兩支白鐵材質的圓棒，並再利用以壓克力製成的挾持工具搭配著螺絲來固定兩支圓棒，分別固定為橫向及縱向方可使鏡頭做上下及前後的移動。4.底座部分材質選用為壓克力，主要以便於攜帶為考量，因此裝設了活頁使其能進行摺疊的動作，此外也裝設了滑軌及滑塊，其目的是要能使鏡頭進行左右的移動。LED實物投影機是提供一個教學用的最佳工具，不僅可以提升教學的效率、更為學生提供一個互動式的教學環境，也能使用於商業間各類型的會議報表呈現，貼心的設計且操作便利，絕對是教學、商業等應用上最佳選擇。實物投影機能展現出所想要展示的任何教材，不論是圖表書面文字、臨時手寫資料，均可清晰的呈現。三、基本概念與原理解說LED（Light Emitting Diode）發光二極管，基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四週用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發光二極管的核心部份是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數戴流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極管叫發光二極管，通稱LED (圖一)。處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。1. LED發光二極體示意圖在PN二極體施以順向偏壓電子與電洞會在PN界面結合而發光。電源使電不斷補充電子和電洞給N型和P型半導體，使得電子一電洞結合而發光能持續進行(圖二)。圖一 LED二極體燈泡圖二 LED發光二極體示意圖2. 光的色散 在討論LED如何發出白光之前，我們先來探討何謂白光，以及了解一些光的顏色特性。當白光通過一狹縫（silt）轉入一稜鏡（prism），如圖一所示，則各色光因在稜鏡中的折色角不同而分散。故在鏡後的白屏上出現一列有色的光帶稱之為光譜（spectrum）。有色光帶各色光的鄰接處，並無明顯的分界，但是各色的順序為：紅（red）、橙（orange）、黃（yellow）、綠（green）、藍（blue）、靛（indigo）、紫（violet）等七色，而這樣的現象就是光的色散，這是由於不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成(圖三)。3.LED基本結構發光原理、發光頻譜、色度圖如圖四、圖五、圖六所示。圖三 光的色散圖四 發光原理圖五 發光頻譜圖六 色度圖四、製作過程硬體我們主要分為三部分：(1) 鏡頭組我們先以壓克力做出能固定鏡頭與LED的小盒子，將2顆LED固定於鏡頭的兩側，再用1k的可變電阻來調整LED的亮度 (參考圖七、圖八)。圖七 鏡頭外觀圖八 鏡頭內部(2) 底座底座是用2片30*20厚2cm壓克力板切出，並加裝活頁讓其能對折收納 (參考圖九) ，在上面做出滑軌並放置滑塊 (參考圖十、圖十一) 讓鏡頭能做左右的滑動。圖九 底座圖十 滑塊圖十一 滑軌與滑塊(3) 活動支架以鋁質空心圓棒切出之水平桿與垂直桿(參考圖十二) 再同為壓克力材質做出的挾持塊配合調節螺絲來固定水平桿與垂直桿 (參考圖十三) ，將其組合起來便可用來做上下跟前後的移動 (參考圖十四) 。圖十二 水平桿、垂直桿電源是使用12V的電源穩壓器來穩定電流，適用於各大場所。最後將鏡頭組、活動支架和底座三個部分組合起來即完成輕便型實物投影機 (參考圖十五、十六) 。圖十三 挾持塊圖十四 支架組合圖圖十五 完成圖圖十六 完成圖五、結論現在LED的“照明”專用燈具要做到像一般鹵素燈泡那種亮度成本非常的高，這也就是為何現在LED還無法取代傳統燈源的原因。目前大部分LED燈還是在裝飾用途比較多，很少拿來當主要照明燈具的，不過只要這方面技術突破，成本降低之後應該很快可以取代傳統燈源。LED產業是近年來被認為最有潛力的產業之一，主要原因是大家期待LED能夠進入照明市場，成為新照明光源，這會是最有希望的潛在市場。參考文獻1 大勇國小實物投影機教學，/bbs/u/42/1150857245.doc2 零組件雜誌，一九九九，十月號。3 光訊，第79期，1999年八月。4 Appl.Phys.Le