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發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層,稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓,少數(shù)載流子難以注入,故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓）,電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí),半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

1、電壓：LED[1]使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據(jù)產(chǎn)品不同而異,所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源,特別適用于公共場(chǎng)所。

2、效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 。

3、適用性：很小,每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于全彩led屏易變的環(huán)境。

4、穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí),光衰為初始的50%。

5、響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí),LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。

6、對(duì)環(huán)境污染：無有害金屬汞。

7、顏色：改變電流可以變色,發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法,調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙,實(shí)現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED,隨著電流的增加,可以依次變?yōu)槌壬?黃色,最后為綠色。

8、價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴,較之于白熾燈,一只LED的價(jià)格就可以與幾只白熾燈的價(jià)格相當(dāng),而通常每組信號(hào)燈需由上300～500只二極管構(gòu)成。

最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP,發(fā)紅光（λp=650nm）,在驅(qū)動(dòng)電流為20 毫安時(shí),光通量只有千分之幾個(gè)流明,相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。

70年代中期,引入元素In和N,使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm）,黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm）,光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初,出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。

90年代初,發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在紅、橙區(qū)（λp=615nm）的光效達(dá)到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λp=530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。

最初LED用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例,在美國(guó)本來是采用長(zhǎng)壽命,低光效的140瓦白熾燈作為光源,它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后,光損失90%,只剩下 200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中,Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源,包括電路損失在內(nèi),共耗電14瓦,即可產(chǎn)生同樣的光效。

另外,LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏,匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。

白光LED

對(duì)于一般照明而言,人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。 GaN芯片發(fā)藍(lán)光（λp=465nm,Wd=30nm）,高溫?zé)�結(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射,峰值550nm。藍(lán)光 LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹脂薄層,約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收,另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光。現(xiàn)在,對(duì)于InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG 熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。

表一列出了目前白色LED的種類及其發(fā)光原理。目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍(lán)光單晶片加上YAG黃色熒光粉,其最好的發(fā)光效率約為25流明/瓦, YAG多為日本日亞公司的進(jìn)口,價(jià)格在2000元/公斤；第二種是日本住友電工亦開發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED,不過發(fā)光效率較差。

從表中也可以看出某些種類的白色LED光源離不開四種熒光粉：即三基色稀土紅、綠、藍(lán)粉和石榴石結(jié)構(gòu)的黃色粉,在未來較被看好的是三波長(zhǎng)光,即以無機(jī)紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉,用于封裝LED白光,預(yù)計(jì)三波長(zhǎng)白光LED今年有商品化的機(jī)機(jī)會(huì)。但此處三基色熒光粉的粒度要求比較小,穩(wěn)定性要求也高,具體應(yīng)用方面還在探索之中。

廣泛應(yīng)用于：政府廣場(chǎng)、國(guó)慶慶典、休閑廣場(chǎng)、大型娛樂廣場(chǎng)、繁華商貿(mào)中心、廣告信息發(fā)布牌、商業(yè)街、火車站、候車室、演藝中心、電視直播現(xiàn)場(chǎng)、展覽場(chǎng)館、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)所。

專用驅(qū)動(dòng)芯片的主要參數(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀

專用驅(qū)動(dòng)芯片具有輸出電流大、恒流等基本特點(diǎn),比較適用于要求大電流、畫質(zhì)高的場(chǎng)合,如戶外全彩led顯示屏、室內(nèi)LED顯示屏等。專用驅(qū)動(dòng)芯片的關(guān)鍵性能參數(shù)有最大輸出電流、恒流源輸出路數(shù)、電流輸出誤差(bit to bit,chip to chip)和數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘等。

1、最大輸出電流

目前主流的恒流源芯片最大輸出電流多定義為單路最大輸出電流,一般90 mA左右。電流恒定是專用芯片的基本特性,也是得到高畫質(zhì)的基礎(chǔ)。而每個(gè)通道同時(shí)輸出恒定電流的最大值(即最大恒定輸出電流)對(duì)LED屏更有意義,因?yàn)樵诎灼胶鉅顟B(tài)下,要求每一路都同時(shí)輸出恒流電流。一般最大恒流輸出電流小于允許的最大輸出電流。

2、恒流輸出通道

恒流源輸出路數(shù)有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)兩種規(guī)格,現(xiàn)在16位源占主流,其主要優(yōu)勢(shì)在于減少了芯片尺寸,便于LED驅(qū)動(dòng)板(PCB)布線,特別是對(duì)于點(diǎn)間距較小的LED驅(qū)動(dòng)板更有利。

3、電流輸出誤差

電流輸出誤差分為兩種,一種是位間電流誤差,即同一個(gè)芯片每路輸出之間的誤差;另一種是片間電流誤差,即不同芯片之間輸出電流的誤差。電流輸出誤差是個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù),對(duì)LED屏的均勻性影響很大。誤差越大,顯示屏的均勻性越差,很難使屏體達(dá)到白平衡。目前主流恒流源芯片的位間電流誤差(bit to bit)一般在+60%以內(nèi),(chip to chip)片間電流誤差在±15%以內(nèi)。

4、數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘

數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘決定了顯示數(shù)據(jù)的傳輸速度,是影響顯示屏的更新速率的關(guān)鍵指標(biāo)。作為大尺寸顯示器件,顯示刷新率應(yīng)該在85 Hz以上,才能保證穩(wěn)定的畫面(無掃描閃爍感)。較高的數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘是顯示屏獲取高刷新率畫面的基礎(chǔ)。