LED发光原理简介

1、LED基础知识基础知识2015年年11月月23日日LED显示屏基础知识显示屏基础知识LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED基础简介基础简介1 1， LED管及基础知识管及基础知识A A，通过通过LEDLED管的电流，最大电流管的电流，最大电流20MA20MA，我们一般设置为我们一般设置为18mA18mA以下以下B B，LEDLED管常见几种封装型式是：管常见几种封装型式是：1 1）方型管（方型管（ 用于户内亚表贴屏）用于户内亚表贴屏）2 2）椭圆管）椭圆管 55：（：（546546：用于户外大屏）：用于户外大屏）3 3）椭圆管椭圆管 33：（：（346346：用于半户外或户外大屏）：用

2、于半户外或户外大屏）4 4）圆型管：（用于灯光等，也分为）圆型管：（用于灯光等，也分为33、55管）管）5 5）表贴三合一：表贴三合一：3528 0606 0404 3535 3534 20203528 0606 0404 3535 3534 20206 6）表贴三并一：表贴三并一：正圆灯管正圆灯管椭圆椭圆灯管灯管三并一模块三并一模块点阵模块点阵模块LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED发光原理发光原理1 1， LED管及基础知识管及基础知识发光二极管。发光二极管。 发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的

3、固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。为光。LEDLED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是是P P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N N型半导体，在这边主要是电子。但这型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成

4、一个P-NP-N结。当电流通过导线作用于这个晶片结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向的时候，电子就会被推向P P区，在区，在P P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是，这就是LEDLED灯发光的原理灯发光的原理LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED发光原理发光原理1 1， LED管及基础知识管及基础知识发光二极管。发光二极管。 LEDLED发光波长取决于材料，在发光波长取决于材料，在PNPN结处，不同的材料所产生的势垒（內电结处，不同的材料所产生的势垒（內电场）不一样，外加正向偏置电压时，场）不一样，

5、外加正向偏置电压时，LEDLED的导通电压也不一样，由于的导通电压也不一样，由于N N区的电子流数大于区的电子流数大于P P区的空穴流数，故区的空穴流数，故LEDLED发光主要取决于电子数，由发光主要取决于电子数，由公式公式EgEg= =hvhv/ /q;vq;v=c/=c/;可知，=1240/Eg(NM);LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED电性参数电性参数1 1， LED电性参数电性参数1 1、正向工作电流、正向工作电流IF ,IF ,2 2、正向工作电压、正向工作电压VFVF3 3、正向开启电压、正向开启电压VonVon3 3、方向击穿电压、方向击穿电压VRVR4 4、允许功耗

6、、允许功耗PT,PT=IFPT,PT=IF* *VFVF5 5、响应时间：主要指、响应时间：主要指LEDLED反应速度，上升时间反应速度，上升时间-LED-LED从从10%10%亮度至亮度至90%90%亮亮度所经历的时间，下降时间度所经历的时间，下降时间- -亮度降低到亮度降低到10%10%亮度所经历的时间（亮度所经历的时间（响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。）LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED光学参数光学参数1 1， LED光学参数光学参数1 1、光谱半宽度、光谱半宽度2 2、峰值波长、峰值波长3 3、中心波长、中心波长LED显示屏基础知识显示屏基础知识LED

7、LED光学特性参数光学特性参数v亮度亮度L L，发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量，发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量， LE DLE D显显 示示 屏单位面积屏单位面积上的发光强度，上的发光强度，LEDLED显示屏在某角度的亮度等于单位在面积内所有显示屏在某角度的亮度等于单位在面积内所有LEDLED的亮度之和，的亮度之和，单位为单位为坎德拉坎德拉/ /平方米（平方米（ cdcd/M/M2 2 ）; ;亮度与电流的关系：亮度与电流的关系：L=KL=K* *IFM,KIFM,K为比例系数，当为比例系数，当电流小于电流小于10MA10MA时，时，M=1.3-1.5;M=1.3-

8、1.5;当电流大于当电流大于10MA10MA时，时，M=1M=1，v光通量光通量； LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明的光通量单位为流明(lm)。v光强光强I I：发光体在特定方向单位立体角所发射的光通量：发光体在特定方向单位立体角所发射的光通量 单位是单位是坎德拉（坎德拉（CD)CD)v照度照度E E：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量，单位是勒克斯：发光体照射在被照物体单位面积上的光通量，单位是勒克斯( (LuxLux）

9、= =流明流明/ /面面积；积；v光效光效:电能转化为光能的能力电能转化为光能的能力,以发出的光通量除以通过的电能表示以发出的光通量除以通过的电能表示,单位是流明单位是流明/瓦瓦;v角度，垂直可视角度和水平可视角度角度，垂直可视角度和水平可视角度 水平可视角度表示以显示器的垂直法线水平可视角度表示以显示器的垂直法线( (即显示屏正中间的垂直假想线即显示屏正中间的垂直假想线) )为准，在垂直为准，在垂直于法线左方或右方一定角度的位置上仍然能够正常的看见显示图像，这个角度范围就于法线左方或右方一定角度的位置上仍然能够正常的看见显示图像，这个角度范围就是显示屏的水平可视角度；同样如果以水平法线为准，

10、上下的可视角度就称为垂直可是显示屏的水平可视角度；同样如果以水平法线为准，上下的可视角度就称为垂直可视视v亮度和角度的关系，亮度和角度的关系，LEDLED亮度由晶片发光亮度和灯杯反射亮度两部分组成，因此发光亮度由晶片发光亮度和灯杯反射亮度两部分组成，因此发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显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED显示屏主要性能参数有哪些？显示屏主要性能参数有哪些？v对比度，即明暗比，是指显示屏的最大亮度和最小亮度的比值，对比度，即明暗比，是指显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、背光亮度等影响

11、此参数程度、背光亮度等影响此参数v灰度级，灰度级，也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。一般而言灰度越高，显示也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。一般而言灰度越高，显示的彩越丰富，画面也越细腻，色彩越艳丽的彩越丰富，画面也越细腻，色彩越艳丽，每种基色的灰度数相乘积即颜色数量每种基色的灰度数相乘积即颜色数量v换帧频率，即帧频，是指显示屏在每秒钟能显示的不同图像数，单位为换帧频率，即帧频，是指显示屏在每秒钟能显示的不同图像数，单位为Hz;Hz;v刷新率，是指每秒钟显示屏对显示内容的更新次数，可能同一帧图像多次刷新，单位刷新率，是指每秒钟显示屏对显示内容的更新次数，可能同一帧图像多次刷

12、新，单位为为HzHz20002000快门快门0000LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED热学特性热学特性1 1， LED热学特性热学特性当电流流过当电流流过P-NP-N结时，结时，P-NP-N结结温会升高，因为结结温会升高，因为LEDLED芯片尺寸很小，故通芯片尺寸很小，故通常我们把结温看作是芯片的温度。常我们把结温看作是芯片的温度。 结温的升高会导致结温的升高会导致LEDLED发光亮度、发光波长、正向电压有所下降；发光亮度、发光波长、正向电压有所下降；结温升高会使材料禁带宽度（势垒结温升高会使材料禁带宽度（势垒EgEg) )减少减少, ,发光波长变长，颜色红移发光波长变长，颜色红移

13、，一般情况下，我呢度的升高与波长红移的关系为，一般情况下，我呢度的升高与波长红移的关系为p(T)=0(T0)+Tg0.1nm/ 每温度上升10 ，波长红移，波长红移1-2NM;1-2NM;光光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。在室温下，结温每升高在室温下，结温每升高1 1 ，发光亮度减少，发光亮度减少1%1%左右。左右。故，有效的散热设计是保证故，有效的散热设计是保证LEDLED安全高效工作的保障。安全高效工作的保障。LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED显示屏主要组成部件有什么？显示屏主要组成部件有什么？v 显示模组主要由显示模组主要由LEDLED、驱动

14、、驱动ICIC、译码、译码ICIC、电源管理、电源管理ICIC、接插件或线材、接插件或线材、PCBPCB、底壳、面罩等、底壳、面罩等v LEDLED显示屏主要有显示模组、电源、箱体或框架、连接线材及连接件、控制显示屏主要有显示模组、电源、箱体或框架、连接线材及连接件、控制系统、散热系统、防水结构、安装或拼装结构等组成系统、散热系统、防水结构、安装或拼装结构等组成v 屏体外设主要有配电机柜、控制主机、视频处理器、视频拼接器、连接线材屏体外设主要有配电机柜、控制主机、视频处理器、视频拼接器、连接线材或连接件、光纤及光纤转换器、远程播放及控制系统、散热或加温装置、播或连接件、光纤及光纤转换器、远程播

15、放及控制系统、散热或加温装置、播放软件、钢结构及外观装饰放软件、钢结构及外观装饰LED显示屏基础知识显示屏基础知识LEDLED显示屏主要组成部件有什么？显示屏主要组成部件有什么？1 1， LED管及基础知识管及基础知识C C，芯片厂家：日本的日亚，美国的芯片厂家：日本的日亚，美国的CREECREE，台湾的璨圆、晶元、，台湾的璨圆、晶元、 仕兰、仕兰、 乾照等。乾照等。D D， LED LED支架支架 LEDLED支架从材料上区分有铁支架和铜支架二种；从支架从材料上区分有铁支架和铜支架二种；从LEDLED灯的发光形式上区灯的发光形式上区分有带碗和不带碗的二种，带碗的发光较集中有角度但亮度较高，不

16、带碗的亮光发散分有带碗和不带碗的二种，带碗的发光较集中有角度但亮度较高，不带碗的亮光发散，光线柔和但亮度不高。，光线柔和但亮度不高。E E， LEDLED管的管压降管的管压降 红或橙管管压降为：红或橙管管压降为：1.9V1.9V2.0V2.0V；绿、兰管管压降为：；绿、兰管管压降为：3.0V3.0V3.8V3.8V。G,G, LED LED管的的波长管的的波长我们这里指的波长是正波长，红：我们这里指的波长是正波长，红：6256252.5nm2.5nm，绿：，绿：5255252.5nm2.5nm，兰：，兰：4704702.5nm2.5nm。LED显示屏相关知识显示屏相关知识v主流芯片有德州仪器、

17、明阳半导体、聚积科技、力芯微主流芯片有德州仪器、明阳半导体、聚积科技、力芯微、日月成、日月成等；等；v美国德州仪器（美国德州仪器（TITI）是世界上最大的半导体公司之一）是世界上最大的半导体公司之一 主要代表芯片有：主要代表芯片有：TI59282TI59282、TI59283TI59283、TI59284TI59284v台湾明阳半导体成立于台湾明阳半导体成立于20092009年年5 5月月, , 专注于混合讯号专注于混合讯号LEDLED芯片设计芯片设计 主要代表芯片有：主要代表芯片有：MY9868MY9868、MY9862MY9862v台湾聚积科技成立于台湾聚积科技成立于19991999年，专

18、注于电源管理及光电应用的开发和设计年，专注于电源管理及光电应用的开发和设计 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显示屏主要组成部件有什么？显示屏主要组成部件有什么？2,LED2,LED显示屏常用恒流显示屏常用恒流ICIC品牌及型号品牌及型号LED显示屏基础知识显示屏基

19、础知识v电源品牌主要有台湾明纬，创联，新星，诚联等电源品牌主要有台湾明纬，创联，新星，诚联等 LEDLED显示屏主要组成部件有什么？显示屏主要组成部件有什么？3,LED3,LED显示屏常用电源品牌及型号显示屏常用电源品牌及型号LED显示屏基础知识显示屏基础知识v功耗分为最大功耗和平均功耗，其中最大功耗是指显示屏处全亮状态下（也即是白平功耗分为最大功耗和平均功耗，其中最大功耗是指显示屏处全亮状态下（也即是白平衡衡255255灰度时）；平均功耗是指显示屏在正常使用时的平均功耗，与显示的内容有关灰度时）；平均功耗是指显示屏在正常使用时的平均功耗，与显示的内容有关，无法以决对值进行表示，一般按最大功耗

20、的，无法以决对值进行表示，一般按最大功耗的40%40%进行估算；进行估算；v功耗的估算需根据功耗的估算需根据LEDLED参数、亮度要求、点距要求进行估算模组电流：参数、亮度要求、点距要求进行估算模组电流： 式式1 1：屏体亮度：屏体亮度= =单点亮度单点亮度L1L1* *点数点数* *95% 95% 即单点亮度即单点亮度L1=L1=屏体亮度屏体亮度/95%/95%/点数点数 如如P16 P16 每平米点数为每平米点数为39063906点，屏体要求点，屏体要求6000cd/M6000cd/M2 2, , 则则L1=6000/95%/3906=1.61cd;L1=6000/95%/3906=1.6

21、1cd; 式式2 2：LEDLED参数中参数中R R：G G：B=3B=3：6 6：1 1，取，取R R、G G、B B中最低亮度进行估算单组灯最大中最低亮度进行估算单组灯最大 亮度亮度L2L2，参数中，参数中20mA20mA测试电流时：测试电流时：R 1100mcd,G 2400mcd,B 400mcd,R 1100mcd,G 2400mcd,B 400mcd, 由按由按R 1100R 1100计算，计算， 单组最大亮度单组最大亮度L2=1100/3L2=1100/3* *10= 3670 10= 3670 mcdmcd 式式3 3：单点亮度：单点亮度L1/L1/单组最大亮度单组最大亮度L2

22、=L2=单点电流单点电流I1/I1/测试电流测试电流I2I2 其中测试电流其中测试电流I2I2是指规格参数中的测试电流，一般单颗灯取是指规格参数中的测试电流，一般单颗灯取20mA20mA， 3 3颗灯（颗灯（RGBRGB）取）取60mA60mA 如上参数中，如上参数中，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：模组电流：模组电流I=I=模组点数模组点数* *单点电流单点电流I1I1 如上参数中，如上参

23、数中，P16P16模组是模组是2020* *2020点点 即即I=20I=20* *2020* *26.32mA26.32mA =10.528mA =10.528A =10.528mA =10.528A2 2，功耗如何估算，与亮度有什么关联功耗如何估算，与亮度有什么关联LEDLED显示屏常见问题显示屏常见问题LED显示屏基础知识显示屏基础知识v从前表中估算出模组电流后，根据所选用的电源带载能力进行分配电源；从前表中估算出模组电流后，根据所选用的电源带载能力进行分配电源； 如明玮如明玮5V 60A5V 60A电源，带载能力按电源，带载能力按80%80%计算；计算； 前一参数中单个模组电流为前一参数中单个模组电流为10.528A10.528A，则单个电源最大可以带，则单个电源最大可以带9 9个模组；个模组； 如如960960* *960960箱体共有箱体共有9 9个模组，测需个模组，测需2 2个电源个电源4.2V4.2V，每个电源，每个电源300W300W，带，带PFCPFC 前式中单点前式中单点26.32mA26.32mA，每平米点数，每平米点数39063906点，每平米点，每平米103A103A电流；电流； 按按83%83%电源使用率，电源使用率，PFC 95%PFC 95%， 功耗计算：功耗计算：P=UP=U* *I=4.2VI=4.2V* *103A/0.95/0.