LED原理及应用.doc

多学时电子技术专题报告时间：2013春季学期 班级： 学号： 姓名：LED原理及其应用摘要：发光二极管 （即：Light-Emitting Diode，简称LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着白光发光二极管的出现而续渐发展至被用作照明。关键词：LED；原理；显示 一、发展历史 1955年，美国无线电公司的鲁宾布朗石泰首次发现了砷化镓（GaAs）及其他半导体合金的红外放射作用。1962年，通用电气公司的尼克何伦亚克开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。1993年，日本日亚化学工业工作的中村修二成功把氮渗入，造出了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化镓（InGaN）、具有商业应用价值的蓝光LED。有了蓝光LED后，白光LED也导随即面世，之后LED便朝增加光度的方向发展，当时一般的LED工作功率都小于30至60mW（毫瓦）。1999年输入功率达1W（瓦）的LED商品化。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而半导体芯片都是被固定在金属片上，以助散热。2002年，在市场上开始有5W的LED的出现 ，而其效率大约是每W18至22流明。 2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20mW下效率达35%。他们亦制造了一款达65 lm/W（流明每瓦）的白光LED商品，这是当时市场上最亮的白 光LED。2005年他们展示了一款白光LED原型，在350mW下，创下了每瓦70 lm 的记录性效率。2009年2月，日本LED厂商日亚化工发表了效率高达249 lm/W的LED，此仍实验室数据，但也已经是目前最高发光效率的LED了。2010年2月、Philips Lumileds 造一白色LED在受控的实验室环境内，以标准测试条件及以350mA电流推动下得出208lm/W，但由于该公司无透露当时的偏压电压，所未能得知其功率。2011年3月、佛山V造出一种新型结构的LED，融合了半导体致冷与普通二极管的特性，新结构为 N-PN-P，新结构使得发光二极管的发热量明显降低，功率不变，但寿命大幅增长二、LED发光原理发光二极管是一种特殊的二极管。和普通的二极管一样，发光二极管由半导体芯片组成，这些半导体材料会预先透过注入或搀杂等工艺以产生p、n架构。与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从p极（阳极）流向n极（负极），而相反方向则不能。两种不同的载流子：电洞和电子在不同的电极电压作用下从电极流向p、n架构。当电洞和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的模式释放出能量。它所发出的光的波长（决定颜色），是由组成p、n架构的半导体物料的禁带能量决定。由于硅和锗是间接带隙材料，在这些材料在常温下电子与电洞的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，而是把能量转化为热能，所以硅和锗二极管不能发光。但在极低温的特定温度下则会发光，必须在特殊角度下才可发现，而该发光的亮度不明显。发光二极管所用的材料都是直接带隙型的，因此能量会以光子形式释放，这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量。三、LED在显示领域的应用1. LED显示屏原理结构单元显示面板结构图 LED显示屏通常由主控制器、扫描板、显示控制单元和LED显示屏体组成，主控制器从计算机显示卡获取一屏各像素的各色亮度数据，然后分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED显示屏上的若干行（列），而每一行（列）上的LED显示信号则用串行方式通过本行的各个显示控制单元级联传输，每个显示控制单元直接面向LED显示屏体。主控制器所作的工作，是把计算机显示是配卡的信号转换成LED显示屏所需要的数据和控制信号格式。显示控制单运的作用，和图像显示屏的情况类似，一般由带有灰度级控制功能 的移位寄存器锁存器构成。只是视频LED显示屏的规模往往更大，所以应该使用集成规模更大的集成电路。 扫描扳所起的作用正所谓承上启下，一方面它接受主控制器的视频信号，另一方面把属于本级数据传送给自己的各个显示控制单元，同时还要把不属于本级的数据向下一个级联的扫描扳传输4。视频信号和LED显示数据，在空间、时间、顺序等各方面的差别，都需要有扫描板来协调。 2 . LED显示屏市场前景1大屏幕显示 大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。在表2中列出了LED显示的各种用途。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。表3列出了几种显示的性能比较。LED显示曾一直受到LED本身性能和颜色的限制。如今，超高亮度AlGaInP、TS-AlGaAs、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色，可完全满足实现全色大屏幕显示的要求。LED显示屏可按像素尺寸装配成各种结构，小像素直径一般小于5mm，单色显示的每个像素用一个T-1(3/4)的LED灯，双色显示的每个像素为双色的T-1(3/4)的LED灯，全色显示则需要3个T-1红、绿、蓝色灯，或者装配一个多芯片的T-1(3/4)的LED灯作为一个像素。大像素则是通过把许多T-1(3/4)红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。用InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和ALGaAS(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围包括：蓝绿、绿红等，与国际电视系统委员会(NTSC)规定的电视颜色范围基本相符。 2液晶显示(LCD)的背照明 在液晶显示中至少有10%采用有源光作为背照明，光源可使LCD显示屏的黑暗的环境下易读，全色LCD显示也需要光源。LCD背照明所需的光源主要有：白炽灯泡、场致发光、冷阴极荧光、LED等，它们被列于表4进行比较，其中LED在LCD背照明中最有竞争力，新型的超高亮度AlGaInP、AlGaAs、InGaN LED可以提供高效率的发光和宽范围的颜色。 3室外全彩系列led显示屏产品特点： 适用性强：山木显示专门对室外各种环境进行了研究，并将成果应用于设计系统，使得其产品在室外各种恶劣环境下的适应性和可靠性都得到了显著提高；色彩丰富：由三基色（红、绿、蓝）显示单元箱体组成，红、绿、蓝256级灰度构成16777216种颜色，使电子屏实现显示色彩丰富、高饱和度、高解析度、显示频率高的动态图像；适用范围：政府广场、休闲广场、繁华商贸中心、广告信息发布牌、商业街、火车站等LED显示屏采用了低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、防水、规格品种多等优点，可以满足各种不同应用场景的需求，发展前景非常广阔，被公认为最具增长潜力也是发展最快的的LED应用市场。此外，已架设的大型LED显示屏幕每10年将历经一次换机潮，随着人们生活水平的提高，户外LED显示屏将逐渐应用于各个行业。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。 参考文献: 1. LED制造技术与应用(第2版) 陈元灯 (作者,