1、第 1 页 共 26 页第一章 LED 照明基础知识理论 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称 LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED 发光原理 发光二极管是由-族化合物，如 GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是 PN 结。因此它具有一般 P-N 结的 I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区
2、注入 N 区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图 1 所示。 假设发光是在 P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在*近 PN 结面数 m 以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长 与发光区域的半导体材料有关，即1240/Eg （mm） 式中 Eg 的单位为电子伏特（
3、eV）。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光780nm 红光），半导体材料的 Eg 应在 3.261.63eV 之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED 的特性 1极限参数的意义 （1）允许功耗 Pm:允许加于 LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED 发热、损坏。 （2）最大正向直流电流 IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压 VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 第 2 页 共 26 页（4）工作
4、环境 topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图 2 所示。 由图可见，该发光管所发之光中某一波长 0 的光强最大，该波长为峰值波长。（2）发光强度 IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr 时，则发光 1 坎德拉（符号为 cd）。由于一般 LED 的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度 :它表示发光管的光谱纯度.是指
5、图 3 中 1/2 峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角 1/2 和视角：1/2 是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的 2 倍为视角（或称半功率角）。 图 3 给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO 的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为 1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。（5）正向工作电流 If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择 IF 在 0.6IFm 以下。（6）正向工作电压 VF：参数表中给出的
6、工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在 IF=20mA 时测得的。发光二极管正向工作电压 VF 在 1.43V。在外界温度升高时，VF 将下降。 （7）V-I 特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图 4 表示。 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由 V-I 曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流 IR （三）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。 第
7、 3 页 共 26 页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 2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm 及 20mm 等。国外通常把 3mm 的发光二极管记作 T-1；把 5mm 的记作 T-1（3/4）；把 4.4mm 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
8、环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为 520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 2045。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为 4590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10100mcd 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
9、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。（四）LED 的应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。 由于发光二极管具有最大正向电流 IFm、最大反向电压 VRm 的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流 IF 应在 0.6IFm 以下；应让可能出现的反向电压第 4 页 共 26 页VR LED 被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。 （1）利用高
10、亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图 5 所示。图中电阻 R 限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使 LED 的电流小于最大允许电流IFm。（2）图 6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。 图(a)中的电阻（E-VF）/IF； 图(b)中的 R（1.4Vi-VF）/IF; 图(c)中的 RVi/IF 式中，Vi交流电压有效值。 （3）单 LED 电平指示电路。在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用 LED 表示输出信号是否正常，如图 7 所示。R 为限流电阻。只有当输出电压大于 LED 的阈值电压时，LED 才可能发光。 （4）单 LED 可充作低
11、压稳压管用。由于 LED 正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。发光二极管的稳定电压在 1.43V 间，应根据需要进行选择VF，如图 8 所示。 （5）电平表。目前，在音响设备中大量使用 LED 电平表。它是利用多只发光管指示输出信号电平的，即发光的 LED 数目不同，则表示输出电平的变化。图 9 是由 5 只发光二极管构成的电平表。当输入信号电平很低时，全不发光。输入信号电平增大时，首先LED1 亮，再增大 LED2 亮。 五）发光二极管的检测 1普通发光二极管的检测 （1）用万用表检测。利用具有10k 挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻
12、阻值为几十至 200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为 0 或为，反向电阻值很小或为 0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为10k 挡不能向 LED 提供较大正向电流。 如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P 区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N 区）。两块万用表均置10 挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1 若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能
13、一开始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二极第 5 页 共 26 页管。 （2）外接电源测量。用 3V 稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图 10 所示连接电路即可。如果测得 VF 在 1.43V 之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得 VF=0 或VF3V，且不发光，说明发光管已坏。 2红外发光二极管的检测 由于红外发光二极管，它发射 13m 的红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数 mW，不同型号的红外 LED 发光强度角分布也不相同。红外 LED 的正向压降一般为 1.32.5V。
14、正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED 的检测法只能判定其 PN 结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如 2CR、2DR 型硅光电池）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外 LED 加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如图 11 所示。 二、LED 显示器结构及分类 通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩
15、阵管统称为字符显示器。（一）LED 显示器结构 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。可实现 09 的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。( 1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个 LED 贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是 LED 芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好 30m 的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的
16、环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可*性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。 （2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆第 6 页 共 26 页片，划成内含一只或数只 LED 发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上
17、“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。 （4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。 （二）LED 显示器分类 ( 1）按字高分：笔画显示器字高最小有 1mm（单片集成式多位数码管字高一般在23mm）。其他类型笔画 显示器最高可达 12.7mm（0.5 英寸）甚至达数百 mm。 （2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。 （3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。所谓共阳方式是指笔画显示器各段发光管的阳极（即 P 区）是公共的，而阴极互相隔离。 所
18、谓共阴方式是笔画显示器各段发光管的阴极（即 N 区）是公共的，而阳极是互相隔离的。 （三）LED 显示器的参数由于 LED 显示器是以 LED 为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于 LED 显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数： 1发光强度比 由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在 1.52.3 间，最大不能超过 2.5。 2脉冲正向电流 若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为 IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于 IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电
19、流可以越大。（四）LED 显示器的应用指南 1七段数码显示器 第 7 页 共 26 页（1）如果数码宇航局为共阳极形式，那么它的驱动级应为集电极开路（OC）结构。如果数码管为共阴极形式，它的驱动级应为射极输出或源极输出电路，如图 14(b)所示。 例如国产 TTL 集成电路 CT1049、CT4049 为集电极开路形式七段字形译码驱动电路；而 CMOS 集成电路 CC4511 为源极输出七段锁存、译码驱动电路。 （2）控制数码管驱动级的控制电路（也称驱动电路）有静态式和动态式两类。 静态驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管各用一个笔画译码器（如 BCD 码二-十进制译码器）译码驱
20、动。图 15 是一位数码管的静态驱动之例。图集成电路 TC5002BP 内含有射极输出驱动级，所以采用共阴极数码管。A、B、C、D 端为 BCD码（二-十进制的 8421 码）输入端，BL 为数码管熄灭及显示状态控制端，R 为外接电阻。 图 16 为 N 位数字静态驱动显示电路。 动态驱动：动态驱动是将所有数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于扫描速度极快。显示效果与静态驱动相同。图 17 是一种四位数字动态驱动（脉搏冲驱动）方法的线路。图中只用了一个译码驱动电路 TC5002BP。TC4508BP 内含两个锁存器，每个锁存器可锁存四位二进 BCD
21、码，对应于四位十进制数的四组 BCD 码分别输入到四个锁存器，四个锁存器，四组 BCD 码由四个锁存器分时轮流输出进入译码器，译码后进入数码管驱动级集成电路 TD62505P（输入端 I1I7与输出端 Q1Q7 一一对应）。 Q1Q7 分别加到四个数码管的 ag 七个阳极上。数字驱动电路 TD62003P 是由达林顿构成的阵列电路，Q1Q4 中哪一端接地，由输入端 I1I4 的四师长“使能”信号DS1DS4 控制。由于四个锁存器的轮换输出也是受“使能”信号 DS1DS4 控制。所以四个数码管轮流通电显示。由于轮流显示频率较高，故显示的数字不呈闪烁现象。 2米字管、符号管显示器 米字管和符号管的
22、结构原理相机，所以其驱动方式也基本相同，只是译码电路的译码过程与七段译码器不同。 米字管可以显示包括英文字母在内的多种符号。符号管主要是用来显示+、-或号等。 3LED 点阵式显示器 LED 点阵式显示器与由单个发光二极管连成的显示器相比，具有焊点少、连线少，所有亮点在同平面、亮度均匀、外形美观等优点。 第 8 页 共 26 页点阵管根据其内部 LED 尺寸的大小、数量的多少及发光强度、颜色等可分为多种规格。LED 点阵管可以代替数码管、符号管和米字管。不仅可以显示数字，也可显示所有西文字母和符号。如果将多块组合，可以构成大屏幕显示屏，用于汉字、图形、图表等等的显示。被广泛用于机场、车站、码头
23、、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合.led 显示屏的基本概念 1 LED 发光材料 LED 发光管（或称单灯）：发光二极管的简称（Light Emetting Diode）。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。由于 LED 工作电压低（仅 1.5V -3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10 万小时），所以在大型的显示设备中，
24、目前尚无其他的显示方式与 LED 显示方式匹敌 LED 模块：由若干晶片构成发光矩阵,用环氧树脂封装于塑料壳内，常用的为 8X8 点阵模块。 LED 集束管：为提高亮度, 增加视距，将两只以上至数十只 LED 集成封装成一只集束管，作为一个像素。这种 LED 集束管主要用于制作间距较大的户外屏，又称为像素筒。目前国内应用较少。 贴片式 LED 发光灯（或称 SMD LED）：就是 LED 发光灯的贴焊形式的封装，可用于户内全彩色显示屏，可实现单点维护，有效克服马赛克现象。2 LED 显示屏 LED 屏体：将 LED 模块或集束管按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示电路，直流稳压电源，软
25、件，框架及外装饰等，即构成一台 LED 显示屏。 屏体分辨率：LED 显示屏横向像素点数乘以纵向像素点数，即为屏体分辨率。 单元板：第 9 页 共 26 页是显示屏的主体组成单元，由发光材料及驱动电路构成。室内屏通常由单元板构成。 模组：户外显示屏的最小显示单元。由若干个发光二极管按照一定的排列顺序，通过焊接、灌胶等工艺封装在固定的模壳里，便成为一个模组。 单元箱体：是显示屏的主体组成单元，由单元板按一定次序组成。户外屏通常由单元箱体构成。3 像素象素（PIXEL）：是画面上可以被独立控制的最小单元，PIXEL 是 picture element 的缩写，在三基色显示屏上，象素由三部分组成：红
26、，绿，篮，每一部分由一个或几个 LED组成，理论上，分别调节红，绿，蓝的亮度，可以表现出任意颜色。 像素：LED 显示屏中的每一个可被单独控制的发光单元称为像素。 像素直径：像素直径是指每一 LED 发光像素点的直径，单位为毫米。 像素间距：LED 显示屏的俩俩像素间的中心距离称为像素间距，又叫点间距。点间距越密，在单位面积内像素密度就越高，分辨率亦高，成本也高。像素直径越小，点间距就越小。4 基色 单基色：每一个像素有一个 LED 管芯，可以为红光管芯，可以为绿光管芯，也可以为蓝光管芯。由于蓝光管芯较贵，故单基色使用蓝光管芯较少。 双基色：每一个像素有两个 LED 管芯：一为红光管芯，一为绿
27、光管芯。红光管芯亮时该像素为红色，绿光管芯亮时该像素为绿色，红绿两管芯同时亮时则该像素为黄色。其中红，绿为基色 全彩色：红绿双基色再加上蓝基色，三种基色就构成全彩色。由于蓝色管芯价格逐步下降，以及全彩色较强的表现力，全彩色屏市场需求正处于上升期。5 灰度灰度等级（Grey Levels）也称色彩深度，指不同亮度的数量，红绿蓝有各自的灰度，在全彩色系统中一般是 256 级灰度，可以产生 256X256X25616,777,216 种颜色，在 PC中称为 24 位色，在 LED 显示系统中称为 8 位系统 .灰度（Grey Levels） LED 显示屏能表现的色彩数量取决于 RGB 三色的灰度等
28、级，在标准的全彩显示屏中为 256 级灰度，对于体育场馆的 LED 全彩系统，256 灰度是不够的，无法准确的恢复还原色彩。第 10 页 共 26 页 灰度：是指像素发光明暗变化的程度。6 亮度亮度（Brightness）亮度在任何显示设备中都是最重要的参数。亮度的主单位叫烛光（candela），用 CD 表示，单个 LED 的亮度通常用 millicandelas，MCD，即千分之一 CD，把一个平方米的 LED 亮度加在一起，就得到单位面积亮度，用尼特（NITS）表示，1 NITS1 CD/m2亮度（Brightness）：红绿蓝三色的亮度必须平衡才能准确的还原真实色彩，换句话说，LED
29、的白色必须是白色，而不是粉红色。如果红绿蓝都处于最高亮度，混合出的色彩通常不是白色，为了得到白色（通常称为 6500K 色温），红绿蓝中须有一个或两个的亮度调低，为了获取正确的白色，必须反复测量调整亮度，这个过程称白平衡。 亮度(Luminance)：在给定方向上， 每单位面积上的发光强度。亮度的公制单位是 cd/m2。7 控制技术 扫描频率： 占空比：在一定的显示区域内，同时点亮的行数与整个区域行数的比例。室内屏一般为 1/16 扫描或 1/8 扫描，户外屏一般为静态。 行驱动电路： 列驱动电路：8 可视距离间距（PITCH）相邻象素的中心距离。间距越小，可视距离越短可视距离（Viewing
30、 Distance）对于各种显示器件来说，最佳的观察距离应该是人眼无法分辨出象素的最小距离，这个距离大约是点间距的 3400 倍。电视和电脑的观测距离通常要小于这个要求，但可接受的距离不能小于点间距的 1700 倍.可视角度（Viewing Angle）当观察者面对 LED 时可以看到 LED 的最大亮度，当观察者向左或右移动时，看到的亮度会减小，当亮度减到最大亮度的一半时，此时所处的角度加上向反方向移动得到的角度之和，称水平可视角度，垂直可视角度用同样方式测量。LED 的视角厂家会给出参数. 最小视距：对于具有一定形状、亮度、距离的两个光点，无法分辩该两点的位置点到该两点第 11 页 共 2
31、6 页的最小垂直距离，称为最小视距，而该点与两个光点联线的夹角称为最小视角。因此影响最小视距和最小视角的因素有：光点的形状、亮度、距离。 最大视距：对于具有一定亮度、距离的矩形显示画面，无法分辩该矩形显示画面内容的位置点到该矩形画面的最小垂直距离，称为最大视距。因此影响最大视距的因素有：矩形显示画面亮度、距离。 有效视距：大于最小视距，小于最大视距的范围，称为有效视距。全彩视频 LED 显示屏市场在快速成长，处于求大于供的状态，但相关的技术和标准还很落后，本文试图定义一些标准用词，以防误解。9分辨率分辨率（Resolution）通常用于数字显示设备，表示总的象素数量，一般写成宽 X 高的形式，
32、如 800X600、10刷新率刷新率（Refresh Rate）显示屏画面更新的速率，通常用赫兹表示（Hz）。与帧频是不同的帧频（Frame Rate）显示屏每秒显示的图像帧的数量，通常取决于输入的信号(25 fps for PAL, 30 fps for NTSC)场频（Field）PAL 和 NTSC 的一半帧，因为 PAL 和 NTSC 是隔行扫描，每次刷新只显示半帧图像。纯绿（Pure green）和真绿（true green）过去 30 年，各种颜色 LED 被相继开发出来，首先是红色，黄色，黄绿色，蓝色 LED和纯绿 LED 在 90 年代相继被日亚工程师发明.至此,制造 LED
33、全彩色显示屏成为可能.播放视频的 LED 显示屏必须用纯绿，如果用黄绿来做，颜色肯定不真实，如果一个象素里绿管的数量很多，比红管和蓝管的数量多，那肯定是黄绿管，因为黄绿的亮度不够，必须用多个，但黄绿 LED 价格低廉。该种显示屏俗称伪彩屏。GAMMA 矫正（gamma correction）这是一种通过变换函数来减少灰度数量，从而产生一个更接近真实环境的色彩和对比度全彩屏实际表现的颜色受到很多限制，当夜晚时，必须降低屏体亮度，此时能够显示的色彩就会减少，因此，数字 RGB 显示的色彩肯定少于 16M 色，为了解决这个问题，需要第 12 页 共 26 页更高层次的灰度，1Bill 色的系统（红绿
34、蓝各 1024 级色）可以表现更真实的色彩，因为从 256 级灰度扩大到 1024 级，极大的丰富了可表现的色彩数目。虚拟象素技术（Virtual Resolution）也称共享象素或动态象素将 4 倍于物理象素的象素快速的按奇偶列和奇偶行分 4 次送到物理象素上显示，其效果相当于将间距缩小一半，其成本与传统做法基本相比，基本没增加，但可以做到原来 4倍的分辨率。一致性（Uniformity） 整个画面的质量很大程度上取决于 LED 的一致性。一致性的问题是 LED 固有的问题，当 LED 生产时。他们的亮度，视角，还有其它的特性实际上都不统一，这些参数分布在某一范围，制造商工艺控制的越好，这
35、个范围越小，选用优质厂商提供的 LED 可以减少调试的工作量，人眼对颜色和亮度的敏感度相当高，对于 LED 之间的差别很容易察觉，特别在高亮的显示系统中，这种差别更大，设计者必须采用各种技术来消除这种差别，增加一致性。色差（Colour Shift）LED 显示屏由红绿蓝三色组合来产生各种颜色，但这三种颜色由不同材料做成，视角是有差异的，不同 LED 的光谱分布都是变化的，这些能被观测的差异称为色差。当偏过一定角度观察 LED 时，其颜色发生改变,人眼判断真实画面的色彩的能力（比如电影画面）比观测计算机产生的画面要好。背景资料几十年前大型的电子显示屏是用灯泡或照明灯构成，发展到后来的显像管（C
36、RT），主要用在运动场所转播比赛，如今最先进的电子显示屏是 LED 显示屏。其它一些显示技术，如 LCD，机电结构类的显示屏和灯泡显示在某些特定的场合还有一定的用途，但 LED 显示屏被证明是最可靠，高效，节能，明亮，在技术上也最方便实现.LED 发光技术的原理是某些半导体材料在通以电流的情况下会发出特定波长的光，这种电到光的转换效率非常高，对所用材料进行不同的化学处理，就可以得到各种亮度和视角的 LEDLED 全彩显示屏配光解决方案第 13 页 共 26 页中国大陆的 LED 显示屏产业最早起步于 1987 年前后，经过十来年的共同发展，现已初具规模。目前，LED 显示屏的生产厂家越来越多，
37、其中不乏一些优秀的企业，他们共同繁荣了这个新兴的高科技产业。二十一世纪是个平板显示的时代，LED 显示屏作为平板显示的主流产品之一，也必将会有更大的前景。LED 显示屏是一种由计算机技术、信息处理技术、电子技术、光学及色度学等高新技术相结合的电子显示器，一般地说，LED 显示屏又分为单色屏，双色屏及全彩屏。所谓单色屏，顾名思义，显示器是由单一的某种颜色的LED 组成。把红色和绿色 LED 作为一个像素的显示屏叫双色屏或彩色屏。把红、绿、兰三种 LED 放在一起作为一个像素的显示屏叫三色屏或全彩屏。伴随绿色晶片亮度不断地提升，全彩屏正以一种前所未有的速度在普及和推广。特别是北京申奥的成功，它提出
38、“绿色奥运”的号召，使得 LED 全彩屏的市场前景更为诱人。LED 全彩屏又分为室内屏（Indoor）和户外屏（Outdoor），我们先介绍几个全彩屏的常用术语。点(Pixel)：像素点的简称，一般由 R/G/B 三种颜色的 LED 组成。按组成的方式不同，又分为 1R/1G/1B、2R/1G/1B、2R/2G/1B 等不同的组合方式，它是全彩屏的基本成像单位。点间距（Pitch）：显示屏各像素的中心点之间的距离，一般用 mm 表示,它决定了一个全彩屏的像素数量。灰度等级(Gray Scale)：显示屏亮度调节的精细度就叫做显示屏的灰度等级,一般地说,灰度等级越高,显示颜色就越丰富。LED 改
39、变颜色的驱动方式一般有两种，一种是改变LED 的电流。一般来说，LED 的工作电流最好设定在 20mA 以下，以保证 LED 的抗衰减性。另外一种是利用人眼的视觉惰性，用脉冲调制来实现灰度控制。人对像素平均亮度的感觉可取决于它的衰/灭（占空比），即周期性地改变占空比，只要这个周期足够短，人眼就感觉不出它的衰/灭。一般地说，室内屏的点间距（Pitch）为 2-12mm，其中 2-8mm 的室内屏一般使用 TOP型的贴片方式或现在发展起来的亚表贴方式。户外屏的点间距（Pitch）为 14-26mm，以现在绿色 LED 亮度水平，Pitch 为 20mm 的显示屏是其中最主流的产品。国内的显示屏制造
40、商，经过这十几年的发展，进步非常快，但和欧美日等发达国家相比，还是有一定的差距，特别是其中最主要的显示器件 LED 的封装工艺及设计水平，还是有很多不足之处。深圳雷曼光电科技有限公司作为中国光学光电子行业协会 LED 显示屏分会的成员之一，长期专注于显示屏用 LED 的配光研究，公司汇集了一批长期致力于 LED 研第 14 页 共 26 页究的精英，投入大量设备及人力对国外领先同行的产品进行深入研究，并结合自身的特点，总结出一套 LED 配光、配色的解决方法，现与大家分享，以共同提高各 LED 封装厂的工艺和配光水平，为中国 LED 全彩显示屏的技术提升尽一份自己的责任。LED 配光方法是一整
41、套技术，它包括投产晶片的 K-factor 管理、封装工艺的控制、白平衡的调配及 LED Lens 的光学设计等等。现分别陈述如下：一、 晶片的 K-factor 管理雷曼光电对每一批量产产品的晶片都进行了严格地控制。我们为每一产品都建立了自己的档案，从这份档案中我们可以清楚知道某一生产令的投产晶片资料，而且会把所有的分级数据存档分析，这样我们就有了公司所有产品的 K-factor 明细，从而也从源头开始就把产品列入控制，我们就能根据客户的具体需求，精确地计算出我们所需要晶片的规格。特别是生产全彩显示屏用的产品，我们对晶片的控制特别严格，不仅仅是达到客户的亮度要求就够了，我们要站在客户的角度上
42、，实实在在地为他们解决白平衡调节中所遇到的困难，除了要达到客户的波长要求和亮度要求外，以下两点细节要特别引起注意，一是成品的亮度要成正态分布，不能出现亮度不连续的现象，对波长的要求也一样，而且要特别注意晶片投料时一定要把所投晶片的波长平均值明细以及每板晶片的数量列出，要在电脑上进行分析，也可以作一个直方图，以明确晶片的波长分布是否成正态分布。如果以上细节不注意，显示屏制造商在调白平衡时，由于 LED 的亮度和波长不成正态分布，调整起来就特别不容易。二、 封装工艺的控制：全彩显示屏用 LED 的封装工艺有自己的特点。我们首先要做的是控制原物料，因为户外全彩屏的使用环境恶劣，不是长期在高温下工作就
43、是长期在低温下工作，而且长期受雨水的腐蚀，如 LED 的信赖度不是很好，很容易出现瞎点的现象，所以我们很注意对原物料品质的控制。公司有一整套物料检查的先进设备，可以帮助我们严格地控制原物料。我们全彩屏 LED 产品上，都是使用具有高导热、导电性能的优质铜支架，这样可以大大地降低 LED 的热阻。另外，我们对支架的镀层也作了特别规定，以保证我们的品质需求。为了提高成品的亮度，我们还对支架碗杯作了亚光处理。在环氧树脂的选择上，我们针对显示屏的工作特点，特别选用了能够抗 UV 的高 Tg 胶水。在烘烤工艺上，我们使用的是缓冷缓热的烘烤工艺，这种烘烤工艺经我们大量的实验，可以提高胶水的 Tg 点，而且
44、最为关键的是它可以有效地降低胶水的内应力，这就大大地提高了产品的信赖性。三、 白平衡设计我们根据客户的需求，总结出一套自己的计算方式。客户只要将你所需要的亮度和显示屏的点间距告诉我们，我们就可以全方位地为客户服务，为客户的显示屏作一个完美的配光方案。为方便下面的介绍，我先介绍几个术语及定义。第 15 页 共 26 页白平衡：将三种颜色调配到一种设想的白色的过程。调配可分两个内容：颜色和亮度。1：设定固定条件：温度、电压、选用电源线。2： 设定颜色目标及范围（公差），一般是指目标颜色的 X，Y 值。 3：进行白色亮度调节。混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色的亮度总合称为亮度相加定律。颜色外观
45、相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在颜色混合中具有相同的效果，就是说，凡是在视觉上相同的颜色都是等效的，由此定律可导出颜色的代替律。颜色匹配方程：若以（C）代表被匹配颜色的单位，（R）（G）（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位，R、G、B、C 分别代表红、绿、蓝和被匹配颜色的数量，当达到匹配时：C（C）R（R）G（G）B（B）表示视觉上相等，R、G、B 为代表量，可以为负值。 我们先介绍一个重心定律给大家，图中 B 为颜色 1，G 为颜色 2，R 为颜色 3，C 为 G+R 的混合色，W 为 B+C 的混合色，这其实就是一个白平衡的示意图，我们可以把 C 作为绿色和红色的混合色，从
46、图中可以看出，它大约位于黄色的区域，C 再和蓝色混合，它可以通过我们的白色区间，是可以混出白光的。其中 B=X1+Y1+Z1 C=X2+Y2+Z2X1、Y1、Z1；X2、Y2、Z2 为蓝光和混合色 C 的三刺激值。重心定律就是：CM/BM=B/C=（X1+Y1+Z1）/（X2+Y2+Z2）也就是 CM 的距离与 C 成反比，即混合色中 C 所占的比重越大，CM 的距离越短，这就和白灯制作时大家的经验一样，荧光粉的量越多，光色越偏黄（即 CM 越短）。下面给大家介绍我们的计算方法：1. 首先要将面光源转为点光源，得出 W 点的亮度值，我们知道面光源的单位是 Nit，即 cd/m2，而我们 LED
47、 的亮度是 mcd，我们注意将单位转 mcd。用显示屏的总亮度除以每平方米的点数即可。2. 寻找 R、G 两种颜色配色后的座标（已知 R、G、B、W 四点座标计算 BW 直线的延长线的交点可得出 C 点座标）。3. 根据重心定律可计算出 C 点的 IV 值（已知 W 点的 IV 值）。第 16 页 共 26 页4. 根据补色原理，可以得出 B、G、R 的 IV 值。5. 根据所需的 IV 值计算所需用的电流值（前提是已知 20mA 的 IV 值，且近似认为 IV 与电流成正比）。说明：1. 该方法可计算 R/G/B 各需要的 LED 数。2. 可近似的计算在使用过程中 R/G/B 所需要的电流
48、值，这里的电流只能是近似值，有以下原因： IV 与电流不一定完全成正比关系。 所知道的 LED 的 IV、WD 为一平均值。故在调白平衡时，还要根据实际情况，略作调整，不能完全照此数值来进行调节。也许你认为上述方法过于专业和繁琐，那我们还有一种比较简便的方法供你参考，为解说方便，我们以举例的方式来介绍。我们知道，混合一种白光的 R/G/B 大致比例为 3：6：1，我们根据这个知识就很方便地计算出每种颜色 LED 所需的亮度值。比如有一客户需要一块 Pitch 为 16mm，亮度为 5000Nit 的户外全彩屏，那么我们应该怎样来计算我们的 LED 每种颜色到底需要多高亮度。1. 先计算每一平方
49、米的 Pixel 数量=1 m2/（16mm X16mm X10-6）=3906 pcs/m22. 每一 Pixel 的亮度=5000Nit/3906 pcs/m2=1.28cd/m23. 如果像素组成方式为 1：1：1 时，则可按以下方法计算Red=1.28 X 30% X 1000=384mcdGreen=1.28 X 60% X 1000=768mcdBlue=1.28 X 10% X 1000=128mcd，这样我们很快就知道了答案，很方便是吗？但以上计算方法只能很粗略地计算，而且有一点要特别注意，由于 LED 装上屏后，要封上一层黑胶，这会降低 LED 的亮度，再加上各种不同的 LED 在老化后都有不同程度的衰减，根据我们多年的经验，为使显示屏达到在阳光下图像清晰所必需的 5000Nit，最好将设计值提高 30%，即为 6500Nit 比较安全。四、 Lens 的光学设计LED 是一个十分精密的光学系统，碗杯、晶片和 Lens 的搭配要十分得当才是一个好的光
