LED的基础知识与应用

1、LED的色彩与工艺:制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LE所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历 史上第一个LED所使用的材料是神（As）化钱（Ga）,其正向PNt吉压降（VF,可以理解为点亮或工作电压）为，发出的光 线为红外光谱。另一种常用的LEDM料为磷（P）化钱（Ga）,其正向PN结压降为，发出的光线为绿光。基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xP对科结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的 LED下标X代表磷元素取代神元素的百分比。一般通过PN压降可以确定LED的波长颜色。其中典型的有的红光 LED的橙光LED的黄光LE*。由于制造采用

2、了神、磷三种元素，所以俗称这些LEM三元素发光管。而GaN（氮化钱）的蓝光LED GaP勺绿光LED和GaAM外光LED被称为二元素发光管。而目前最新的工艺是用混合铝 （Al）、钙（Ca）、锢（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED可以涵盖所有可见光以及部份 紫外光的光谱范围。发光强度：发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen、发光强度单位（烛光Candlepower）1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为厘 米，质量为75.5 克的鲸油烛，每小时燃烧7.78 克，火

3、焰高度为厘米，沿水平方向的发光强度）1L （流明）指1CD虫光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。1Lux （勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。一般主动发光体采用发光强度单位烛光CD如白炽灯、LE*;反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L,如LCD 投影机等；而照度单位勒克司Lux, 一般用于摄影等领域。三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度 去理解。比如：如果说一部LCD影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸（1 平方米） ， 则其照度为1600勒克司， 假设其出光口距光源1 厘米， 出光口面积为 1 平方厘米

4、， 则出光口的发光强度为1600CD而真正的LC微影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一 般有 50的效率就很好了。实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于LED显示屏这种主动发光体一般采用C3平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏 体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外 LED显示屏须达 到OOOCD7平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内

5、LED最大亮度在70020000平 方米左右。单个LED的发光弓II度以CM单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强 度从几个mCDJ五千mCD5等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED 20mAt流下点亮，最佳视角上及中心位置 上发光强度最大的点。封装LED寸顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了 LED角和光强分布。一般 来说相同的LED角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LE曲紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光 强度时，需根据LED视角和LED勺排放密度，将厂商

6、提供的最大点发光强度值乘以30%90%不等，作为单管平均 发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部 分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED生产的材料工艺 有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色的亮度为10时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LEM绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原 色包括有偏差的原色的亮

7、度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LE邮件组成像素。白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。原色、基色：原色指能合成各种颜色的基本颜色。 色光中的原色为红、 绿、 蓝， 下图为光谱表， 表中的三个顶点为理想的原色波长。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。LED发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性和大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红

8、、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69的亮度，且处于色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时，绿色是着重考虑的对象。发光二极管工作原理发光二极管通常称为LED它们虽然名不见经传，却是电子世界中真正的英雄。它们能完成数十种不同的工作，并且在各种设备中都能找到它们的身影。 它们用途广泛， 例如它们可以组成电子钟表表盘上的数字， 从遥控器传输信息，为手表表盘照明并在设备开启时向您发出提示。 如果将它们集结在一起，可以组成超大电视屏幕上的图像。基础元件本质上，LED只是一种易于装配到电子电路中的微型灯泡。但它们并不像普通的白炽灯，它们并不含

9、有可烧尽的灯丝，也不会变得特别烫。它们能够发光，仅仅是半导体材料内的电子运动的结果，并且它们的寿命同普通的晶体管一样长。二极管是最简单的一种半导体设备。广义的半导体是指那些具有可变导电能力的材料。大多数半导体是由不良导体掺入杂质（另一种材料的原子）而形成的，而掺入杂质的过程称为掺杂。就LED而言，典型的导体材料为神化铝钱（AlGaAs）。在纯净的神化铝钱中，每个原子与相邻的原子联结完好，没有多余的自由电子（带负电荷的粒子）来传导电流。而材料经掺杂后，掺入的原子打破了原有平衡，材料内或是产生了自由电子，或是产生了可供电子移动的空穴。无论是自由电子数目的增多还是空穴数目的增多，都会增强材料的导电性

10、。具有多余电子的半导体称为N型材料，因其含有多余的带负电荷的粒子。在N型材料中，自由电子能够 从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。基础元件拥有多余空穴的半导体称为P型材料，因为它在导电效果上相当于含有带正电荷的粒子。电子可以在空穴间转移，从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。因此，空穴本身就像是从带正电荷的区域移往带负电荷的区域。一个二极管由一段P型材料同一段N型材料相连而成，且两端连有电极。这种结构只能沿一个方向传导电流。当二 极管两端不加电压时，N型材料中的电子会沿着层间的PNZ（junction）运动，去填充P型材料中的空穴，并形成一 个耗尽区。在耗尽区内，半导体材料回到它原来的绝缘态即所

11、有的空穴都被填充，因而耗尽区内既没有自由电子，也没有供电子移动的空间，电荷则不能流动。在PNRjunction）内，N型材料中的自由电子填充了 P型材料中的空穴。这样，在二极管的中间就产生了一个绝缘层，称为耗尽区。基础元件为了使耗尽区消失，必须使电子从N 型区域移往P 型区域，同时空穴沿相反的方向移动。为此，您可以将二极管N型的一端与电路的负极相连，同时P 型的那一端与正极相连。 N 型材料中的自由电子被负极排斥，又被正极吸引；而 P 型材料中的空穴会沿反方向移动。如果两电极之间的电压足够高，耗尽区内的电子会被推出空穴，从而再次获得自由移动的能力。此时耗尽区消失，电荷可以通过二极管。当电路的负

12、极与N型层、正极与P型层相连时，电子和空穴开始迁移，而耗尽区将消失。如果您试图让电流沿反方向流动，将P型端连接到电路负极、N型端连接到正极的话，电流将不会流动。N型材料中带负电的电子会被吸引到正极上； P 型材料中带正电的空穴则会被吸引到负极上。由于空穴与电子各自沿着错误的方向运动，P闾将不会有电流通过，耗尽区也会扩大。基础元件当电路的正极连接到N型层、负极连接到P型层时，自由电子会聚集在二极管的一端，同时空穴会聚集在另一端。耗尽区会扩大。光是一种能量形式，可由原子释出。光由一些具有能量和动量但无质量的类粒子束组成。这些粒子称为光子，是光的最基本单位。电子的跃迁会释放出光子。在原子结构中，电子

13、在原子核周围的轨道中运动。电子在不同的轨道中具有不同的能量值。通常，能量更高的电子在离原子核更远的轨道中运动。为了让电子能够从低能轨道跃迁至高能轨道，就必须提高它的能级。反过来，电子从高能轨道跌落至低能轨道时则会释出能量。这种能量就以光子的形式得到释放。能量差约大，释出的光子能量就越大，继而表现为更高的频率。自由电子通过二极管时会陷入P型层中的空穴。这一过程涉及电子从传导带到低轨道的跌落，因而电子会以光子的形式释放出能量。 这种情况在所有的二极管中都会发生， 但只有当二极管由某些特定材料制成时， 您才能看到光子。举例来说，普通硅二极管中的原子会以一种特定方式排列，在这种排列下，电子跌落的距离相

14、对而言比较短，这导致产生的光子频率过低（它们在光谱中处于红外线区域），不能为人眼所见。当然，这也不一定就是坏事：红外线LED有很多用途，例如它是制造遥控器的理想元件。可见光发光二极管（VLED）,例如用来点亮电子钟表中的数字的发光二极管，其构成材料就以传导带与低轨道之间的间隙较大为特征。间隙的大小决定光子的频率从而决定了光的颜色。尽管所有的二极管都能发光，但大多数发光效果并不好。在普通二极管内，大量的光能最终会被半导体材料自身吸收。 LED 因其独特的构造，可以向外释放大量的光子。另外，它们被安置在一个可以将光线汇聚到某一特定方向的塑料灯泡里面。如下图所示，二极管发出的大部分光线被灯泡侧壁反射

15、回来，然后继续传播，直至它们穿过灯泡的圆形顶端。与传统白炽灯相比，LED有几点优势。首先，它们不含可烧尽的灯丝，因而寿命更长；另外，小型塑料灯泡使得它们更加耐用。还有，它们也易于装配到现代电路中去。基础元件而LEDM主要的优势在于其高效性。传统的白炽灯泡在发光过程中会散发出大量热量（因为灯丝需要加热）。这些热能将是彻头彻尾的浪费，除非您把灯当作加热器使用，因为绝大部分的电能都没有产生可见光。相对来说， LED 产生的热量甚微，电能中直接用来发光的百分比要高很多，这样可以大大降低用电需求。LED 由先进的半导体材料制成，因而相对昂贵，时至今日仍不能应用于大多数照明设备中。然而过去十年间，半导体设

16、备的价格已经大幅下降，这使得LE曲明在各种应用场合都成为一种性价比更高的选择。尽管它们起初也许会比白炽灯更贵些，但更加低廉的长期成本还是会让它们成为一笔划算的买卖。并且，它们还会在未来的科技世界中扮演更加重要的角色。. 电动机的工作原理易电动机包括六个部分，如下图所示：基础元件电枢或转子整流子电刷 轴基础元件基础元件场磁铁某种类型的直流电源电动机的组成部分电动机的工作方式不外乎与磁铁和磁性相关：电动机使用磁铁产生运动。如果您曾经玩过磁铁的话，就知道所有磁铁都具有以下基本法则： 同极相斥， 异极相吸。 因此， 如果有两根磁铁， 并且每根的两端分别标有 “北” 和“南” ，则一根磁铁的北极将会吸住

17、另一根磁铁的南极。反之，一根磁铁的北极将会排斥另一根磁铁的北极（对于南极，情况与此相同）。在电动机的内部，就是这些吸引力和排斥力产生了旋转运动。电磁铁是电动机的基础。想象一下这个场景，您即可明白电动机的内部组件是如何工作的。比如您按此方法制作了一个简易的电磁铁： 在钉子上卷绕100 圈金属线， 然后将这颗钉子连接到电池。 连接电池后， 钉子将变成一块磁铁，并且有南极和北极。现在，拿起这个钉子做成的电磁铁，在它的中间插进一根轴，然后悬挂在马蹄形磁铁的中央，如下图所示。如果将电池连接到电磁铁，使钉子北极的方向与图中所示一致，那么磁学基本法则将会告诉您会发生什么：电磁铁的北极将与马蹄形磁铁的北极排斥

18、，并与马蹄形磁铁的南极相吸。电磁铁的南极也以类似的方式发生排斥。钉子将运动半周，然后在所示的位置停住。基础元件马蹄形磁铁中的电磁铁您可以发现这半周的运动不过是由于磁铁自然地相互吸引和排斥产生的。制造电动机的关键是要更进一步，使半周运动在完成的那一瞬间，电磁铁的磁场发生翻转。这种翻转可以使电磁铁完成另一个半周运动。更改电子在电线中的流动方向（让电池掉头就可以实现此目的）便可以翻转磁场。如果能够在完成每个半周运动时的适当时间精确地翻转电磁铁的磁场，则电动机就可以自由旋转。换LED丁泡基础知识篇LED灯泡是近年来逐渐成熟的新式照明科技，不论是路上的店家招牌、红绿灯、警示标志或汽车的尾灯等，都可见 到

19、其踪影，其最大的优点在于耗电量低、反应速度快等，事实上 LEDT泡除可使用于上述所提的产品外，车内照明 更可因为安装多种色彩的LED丁泡，而营造出不同以往的车内乘坐气氛，凸显出车主与众不同的品味，接下来就让 笔者来为大家介绍目前当红的LED丁泡到底有哪些！何i胃LED丁泡？发光二极管是也其实LED丁泡并不是本世纪才发明出来的产物，早在上个世纪末就已大量运用在电器产品上面，只是当时的 LEDT 泡发光亮度不足，因此无法应用在照明范围上，不过到底什么是 LED呢？为何它没有鸨丝也能发光呢？ LED就是所 谓的发光二极管，是一种固态的半导体组件，利用二极管内分离的 2 个载子，分别为负电的电子与正电

20、的电洞，相互结合而产生光，属于冷光发光，不同于鸨丝灯泡的热发光，只要在LED组件两端通入极小电流便可发光。而LED因其使用的材料不同，其内电子、电洞所占的能阶也有所不同，能阶的高低差影响结合后光子的能量，而产生不同波长的光，也就是不同颜色的光，如红、橙光、黄、绿、蓝或不可见光等。与传统灯泡相比，LED不但具有色彩多样化的优点外，体积小、反应快、寿命长、低耗电及环保等，都是使其成为 最具潜力的未来照明科技。以目前LED!传统灯泡相比，主要优点为：体积小、反应快、寿命长、不易衰减、外表坚固、耐震动、可全彩发光、 指向设计容易、低电压、低电流、转换损失低、热辐射小、量产容易、环保等，也因为有这么多的

21、优点，因此目前才会逐渐取代传统钨丝灯泡，而成为夜间照明的新选择。与传统灯泡相比，LED不但具有色彩多样化的优点外，体积小、反应快、寿命长、低耗电及环保等，都是使其成为最具潜力的未来照明科技周遭电器可见踪影 事实上，LED丁泡在我们周遭许多电器产品上皆可见到其踪影。例如：手机就是其中最好的例子，就手机上应用LED 来说，主要可分为三大类，第一类为来电指示灯，第二类为屏幕背光源，第三类为按键背光源，这些位置的发光来源皆是由LED所提供的，另外由于现行LED造技术已有突破，许多白光LED已具有高亮度、低耗电的优点，可符合手机用闪光灯所需要的照度， 使得手机附数字相机搭配闪光灯已是设计上的趋势， 因此

22、若说手机照像功能， 因 LED照明科技的帮助而日趋健全，相信是不会有人反对的。除上述所提外，LED应用最为广泛的场所就属车用照明这一 领域了，也是本单元所要介绍的重点之一。近年来车内LED照明技术多半朝向薄型、多颗化方向发展，如此就在小面积内创造最大的照明亮度。车用LEDa点多集安全经济于一身目前大家在汽车照明上，最常看到LED丁泡出现的地方，就在于煞车灯的位置，不论是国产品牌或进口高级轿车等， 有愈来愈多的车厂将LED乍为煞车灯泡使用，其目的除希望能透过LED反应迅速的优点，帮助后方来车提早减速， 避免造成碰撞伤害外，LED 的长寿命与低耗能也是车厂考虑使用的因素，前者可减少因灯泡烧毁车主不

23、自觉而造成的后方追撞意外发生，后者则可以大幅减轻发电机的工作负荷，使车上计算机监理系统不会因电压不稳，而无法发挥所有功能，甚至可因耗电量降低而达到省油效果，毕竟与传统的鸨丝灯泡相比，LED所需要的耗电量只有过去的 十分之一！长久下来可替车上电瓶与发电机延长不少寿命。为一偿原厂未配置LED车灯的遗憾，国内已有厂商推出此种兼容于传统灯座的LED丁泡，其上共有数颗LED不但亮度超越过去钨丝灯泡，耗电量更只有其1/5 ，寿命更长。既然LEDW着么多的优点，那为彳S不是所有车厂都使用LED乍为煞车灯泡呢？最主要的关键当然就在于制造成本的问题，虽然目前台湾为LED造大国，但此照明科技是近几年来才有突破性的

24、发展， 因此生产成本依然无法与传统灯泡相比，所以才没有大量使用于所有车辆上，不过原厂没有配备 LED车灯的车主 也别气馁，因为目前改装用的LEDT泡发展已相当成熟，有兴趣的车主大可自行购买回家 DIY装上，包准让你的爱 车夜间闪闪动人。侧灯也可LEDft,采用三向照明设计警示效果强，再也不怕后方骑士追撞上来。LED玩法多样化车内照明搞气氛由于LED1有相当多样化的发光色彩，因此目前车上照明除应用在煞车灯泡外，室内LEW的更换也逐渐成为另一种玩法。相信许多车主都已厌倦车上室内灯泡单调无创意的照明效果吧？虽然亮度足够，不过只能发出略带黄色的光线，实在很难在夜间营造出不同的车内乘坐气氛，过去应对的方

25、式就是购买灯泡上涂满厚厚一层镀膜的各种颜色钨丝灯泡，外表看来虽然不错，不过点亮后大部分的亮度都被镀膜吸收掉了，根本无法同时兼顾颜色与亮度，连找个地图都很难，不过现在有了新科技的LED丁泡就不须烦恼了。由于LED丁泡的色温，是透过内部正负极间的电位 差产生不同的光线颜色，因此在亮度上并不会影响太多，加上现在多数室内LED灯泡些采用单一片状多灯泡式设计, 点亮后的照度早已超越传统钨丝灯泡，颜色也有白、蓝、红、橘等几种颜色可供选择，可说是兼顾颜色与亮度的新时代产品，对于想要营造出与众不同气氛的车主来说，相对方便许多。在晨星照明里所贩卖的LED内灯，多半都使采用这种原厂灯座直接对应型设计，车主只要买回

26、家将灯壳与原厂鸨 丝灯泡拆下，然后装上LED丁泡即可完成安装，相当方便。另外，LED的使用除可直接取代原厂小灯泡的安装位置外，目前还有最新开发出来的软式 LED灯条，它是由一条宽 度约公分、长度约20公分的软式PVO料条所组成，内含有5颗不等的LED丁泡，只要直接些上车上电源就可发亮， 不论是要贴在遮阳板后方、车门下方等位置皆可，可作为个图灯或照个灯使用，对于夜间乘客上下车的安全性帮助不少。笔者为了让大家更了解LED丁泡在应用层面上的表现为何，特地找了六部LED装车进行介绍，让大家更了 解原来LEDm可以这样玩！在晨星照明里所贩卖的LED内灯，多半都使采用这种原厂灯座直接对应型设计，车主只要买

27、回家将灯壳与原厂鸨 丝灯泡拆下，然后装上LED丁泡即可完成安装，相当方便。第三煞车灯也可换成LE聊式，除可获得更佳的安全保障外，车尾质感也能提升不少。第三煞车灯也可换成LE聊式，除可获得更佳的安全保障外，车尾质感也能提升不少。这种软式LED丁条非常适合用来安装在其它没有灯座的位置上，如遮阳板上方、车门底下或座位底下等，运用范围相当广泛。过去常见的冷光饰板也逐渐被LE所取代，不但寿命更长，还可发出各种不同颜色 相信吗，颜色其实是活的：它们具备灵动，能够让各种空间的色彩影响我们的心情。不过，在大多数人的生活空间 中，惨白或温暖的灯光，我们普遍都习惯了。而新的LE性色灯，也就是具备调光、调色机制的L

28、ED丁具，可产生 能改变空间气氛的效果。LED变色灯由电容降压式稳压电源|稳压器、LE*制器及G R B三基色LED车列组成。它的外形与一般乳白色白 炽灯泡相同，但点亮后会自动按一定的时间间隔变色。回圈地发出青、黄、绿、紫、蓝、红、白色光。变色灯的变 色原是三种基色LED分别点亮两个LED寸，它可以发出黄、紫、青色（如红、蓝两LED点亮时发出紫色光）；若红、 绿、蓝三种LED同时点亮时，它会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光 LEM别两两点亮、单独点亮及三基色 LED同时点亮，则发出七种不同颜色的光来。外部灯泡必须采用乳白色的。这样才能较好的混色，不可采用透明的 材料。LED变色灯适用于家庭

29、生日派对、节日聚会、过节过年，给节日添加欢乐气氛：也可用于娱乐场所及作广告灯等。 比方说，蓝色灯晕衬托出清晨6点的清新柔和，透过温暖的黄色、可爱的粉红、轻松的绿色，可适用于舒适场景。 浪漫的丁香色可让人想起美好的回忆，家居或商业空间就能够依据需要搭配颜色气氛，就不需要改变室内装修或灯 具了。不过，这类灯具有个比较麻烦的缺点，就是控制颜色变化的电路，需要的成本比较高，而驱动电路的寿命也会是个 问题，目前业界有许多种解决方案来因应，预期2009年以后这类应用会越来越多，2010年达到LED青境照明市场 起飞的状态。、什么是LED 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

30、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）LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于 LED工作电压 低（仅），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，目前尚无其他的显示方式与 LED显示方式匹敌。把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种 LEDW放在一起作 为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。制作室内LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把几种能产生不同 基色的LED1芯封装成一体，室外LED屏的象素尺寸