LED照明基础知识

LED在照明工程中的运用已非常普遍，但照明设计人员苦于非常有限的产品选择，而生产企业研发的产品却难以找到市场。就这个问题文中讨论了LED在照明工程中是如何应用的，并提出了LED产品研发的设计要求，目的是使LED照明灯具的生产与研发更具有针对性。

　　过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。LED寿命长达10万小时，意味着每天工作八小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到100％的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成１平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。

认识LED的特点

今天似乎全世界的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源（有利于LED的灯具设计）、薄型灯具，灯具材料选择范围大，不需要加反射器，低压，没有紫外辐射，尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上LED光源的生产可实现无汞化，对于环境保护和节约能源更具有重要意义。

　传统的LED主要应用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛。但是目前LED光源的寿命还不能达到所标出的100，000小时，实际寿命约在50，000小时左右，这主要与其散热方面的问题有关。在很小的空间里，随着功率的加大，半导体组件就会过热。再者，白色LED还不能达到普通灯泡所具有的亮度。

　　LED在照明工程中的应用方向

　1、建筑物外观照明

　对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。

2、景观照明

由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。

3、标识与指示性照明

　需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的LED自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，LED与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。

　　4、室内空间展示照明

　就照明品质来说，由于LED光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的LED，室内装饰性的白光LED结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用LED，对于低矮的空间特别有利。

　　5、娱乐场所及舞台照明

由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，LED的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90％的光通），与PAR灯和金卤灯的 50～250 小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，LED克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与PAR灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前LED彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。

6、视频屏幕

　全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的LED显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只LED，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100ｍ的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。

7、与工业设计相结合

LED是近年来欧洲产品设计师的宠儿，他们将LED作为产品设计元素的一部分，驰骋于想象的空间，将光、玻璃或其它材料结合在一起，成为美轮美奂的艺术品。

　　LED产品研发亟待解决的问题

　LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链，但在白光照明实现LED功能化照明方面存在着许多制约因素。因此，在目前的情况下，对LED照明产品开发与设计寄予以下希望：

1、满足人们对照明的个性化需求

LED的模块化，为照明设计带来了便利，通过设计者充分合理的布局，使LED处于良好的工作状态。LED的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见拙的，LED产品形制的多样化将达到前所未有的程度。因此，LED产品个性化的研发与设计是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。

2、面发光LED产品考虑建筑的模数化

面发光的LED必须与城市设计和建筑设计相结合，才能满足设计者的需求。例如作为地面铺装的夜间装饰，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求： 150×15；200×200；200×100；300×300；400×200等。

　3、小功率LED灯具设计

城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的LED产品应该能够找到他的用武之地。LED发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。

4、环保与节能，LED的合理利用

绿色照明的概念是全球追随的生态设计目标。如果能将LED与太阳能电池组合，将会扩大LED的应用范围与场所。

5、大功率、高光效、高显色性的白光LED照明产品研发

LED在照明领域的使用目前还受到技术水准和价格的，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高（每瓦只有20流明左右），功率不大（几十毫瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到 100 lｍ／ｗ，单颗的输出功率达到10W，大功率、高亮度LED集成封装技术的研究，包括驱动电路及特种灯具的开发，无疑是LED最终走入照明领域的关键。一旦光效和价格问题得到解决，LED将是未来照明的主体。

２０世纪，石油、煤炭、天然气等主要能源面临资源枯竭的危险，同时，环保压力的不断增加，使环保、节能已经成为各行各业发展的趋势。太阳能作为地球上真正取之不尽的清洁能源，将是２１世纪最理想的绿色新能源，其利用的有效途径便是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能。ＬＥＤ（Lｉｇｈｔ　Eｍｉｔｔｉｎｇ　Dｉｏｄｅ）是一种能将电能转化为可见光的半导体器件，凭借其节能无污染的特点已运用于多个行业的照明领域中，因此作为集成了太阳能光伏发电和ＬＥＤ固态照明优点的太阳能ＬＥＤ照明系统，是新一代能源和新一代光源的完美结合。

　　太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件（Ｓｏｌａｒ　Cｅｌｌｓ），利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体ＰＮ结上，由于Ｐ－Ｎ结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开势垒区，结果使Ｐ区电势升高，Ｎ区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。

　　太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路，不和外部电网产生关系。并网发电系统通过光伏阵列将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而式发电系统光伏阵列首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过全桥逆变器后变成ＳＰＷＭ波，然后再经过滤波和工频变压器升压后变成交流２２０Ｖ，５０Ｈｚ的正弦电压供给交流负载使用。

　　ＬＥＤ是一种在Ｐ－Ｎ结上施加正向电流时能发出紫外光、可见光、红外光的半导体固体发光器件。其发光机理的核心在于Ｐ－Ｎ结，当外加正向电压时，Ｐ－Ｎ结的平衡被打破，Ｐ区空穴进入Ｐ－Ｎ结中和原来的一部分负离子，Ｎ区电子进入Ｐ－Ｎ结中和原来的一部分正离子，这样就使Ｐ－Ｎ结变窄，由于外加电场使Ｐ－Ｎ结电场降低，引起电子势能的减少，减少的势能则转化为电磁能，以光子的形式释放出来。电子减少的能量越多，释放光子的能量也就越高。ＬＥＤ释放的光能量与电子的电量和点亮二极管的电压有关，即Ｅ＝ｑＶ（Ｊ）（ｑ＝－１．６×10-19Ｃ）。而释放的光的峰值波长则与发光芯片所用的半导体材料有关，即λ≈１２４０/Ｅｇ（ｎｍ）（半导体材料禁带宽度Ｅｇ），由计算可知若产生可见光，则芯片用的半导体材料的Ｅｇ应在１．６０～３．２６ｅｖ之间，这是研制和选择发光不同的波长光的芯片材料的主要依据。

　　ＬＥＤ半导体照明光源具有广泛的优越性，除了使用寿命长、发光效率高、体积小、重量轻、环保安全可靠等优点以外，还有一个显著优点就是由于ＬＥＤ启动电压和工作电压一致，所以就不需使用镇流器。这样在节省成本和相关能耗的同时，也大大缩短了通断电的响应时间。

　　太阳能光伏发电技术能与ＬＥＤ照明完美结合的关键在于两者同为直流电、电压低并能互相匹配。两者的结合不需要变频器将太阳能（ＰＶ）电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率。同时，借助于并网技术或可充放蓄电池，使所具有的优势显而易见。为了能充分说明两者的匹配性，我们建立了一个模型来进行分析。分别选择卤素灯、紧凑型荧光灯（ＣＦＬ）、线形荧光灯（ＬＦＬ）和ＬＥＤ四种光源，应用于ＰＶ供电照明系统中进行比较，对不同系统的整体效率进行评估，以此来确定影响系统效率的因素及各种不同应用领域中最佳的系统配置方案。

　　太阳能ＬＥＤ照明产品是新一代的绿色环保照明产品，它的主要部件包括太阳能光伏电池（ＰＶ技术）和半导体照明光源（ＬＥＤ）。自１９９７年以来，光伏技术未来的发展前景已经被愈来愈多的国家和金融界（如世界银行）所认同。许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展计划。美国计划到２０１０年累计安装４．６ＧＷ（美国能源部规划，含“百万屋顶计划”）；欧盟计划累计安装６．７ＧＷ（“可再生能源”），其中３．７ＧＷ安装在欧洲内部，３ＧＷ出口等等。预计今后的１０年中，光伏组件的生产将以２０％～３０％的速度发展，到２０１０年全球的ＰＶ安装率将达到３．２kＭＷ，ＰＶ营业额也将增加到１８５亿美元，市场也将由边远地区和农村的补充能源逐步向全社会的替代能源过渡。到２１世纪中叶，太阳能光伏发电将达到世界总发电量的１５％～２０％，成为人类的基础能源之一。

　　同样，作为固态光源的ＬＥＤ的兴起，真正有利于推动“绿色照明”工程。“绿色照明”是20世纪90年代初国际上对节约能源、保护环境的照明系统的形象性说法。目前在电能的消耗中，照明用电占有很大的比例，对绿色节能的照明研究应用越来越受到重视，ＬＥＤ就是在这样的形势下发展起来的。加之随着新材料及半导体工业技术的发展，ＬＥＤ尤其是白光ＬＥＤ发光的效率不断提升，价格也随之下降。利用ＬＥＤ特性，结合相关新技术开发出适用于不同场合和用途的照明系统，可以说其在照明市场的潜力将是不可估量的。到２００４年ＬＥＤ全球总销售额已达到３８００亿美元，与２００３年相比，其增长率达到３６％。据预测，到２００８年，ＬＥＤ的全球总销售额将达到甚至超过６０００亿美元，使其真正替代白炽灯、荧光灯等传统能源，成为新一代的绿色光源。

　　太阳能照明产品在目前虽然已经有一些厂家开发出产品，并投入实际的应用当中，但由于ＬＥＤ功率小，其使用范围受到很大。随着高亮度ＬＥＤ光效的不断提高，加之人们节能环保意识的日益加强，太阳能照明产品将发挥其零能耗、无污染的特性，其应用领域将会不断拓宽。

　　绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题。开发新能源，对现有能源的充分合理利用已经得到各国的极大重视。目前，太阳能利用技术和半导体照明产业已经由技术开拓时期开始步入商业化阶段，涉及的产品包括路灯照明、交通指示、夜景照明、庭院装饰等，通过对系统技术特点和可行性的分析，我们相信，集合了新一代能源和新一代光源优点的太阳能半导体照明系统定会以前所未有的速度发展，引领我们进入一个绿色节能的新时代。

一 、照明产品的分类：固定照明、移动照明、特种照明。 

A.固定照明：包括室内照明、居家照明、城市照明、工矿照明、道路照明、装饰照明、广告照明等固定性照明产品。

B.  移动照明：一般用于室外如电筒类、手提式射灯、手提照明灯、各类电池充电灯、头灯、提灯、挂灯、矿灯和车灯等。

C.特种照明：包括大型投光灯、潜水灯、军用照明、防爆灯、航海灯、航空照明、防爆照明、信号灯等按各行业特殊要求制造的。

二、移动照明发展的历史

从人类发明钻木取火煮食以来，几千年的漫长岁月，为了挑战黑暗，人们发明了火把—→用植物油点灯照明—→到17世纪末开始用石油点灯照明—→18世纪爱迪生发明电灯—→19世纪初的手电筒照明(一次性干电池) —→19世纪中可充电式蓄电池照明—→2003年林达发明“数码电筒”智能化的电筒—→2006年林达发明的手提式高智能、高功率、远射程“大搜索灯”，人类移动照明产品不断在进化。

三、世界移动照明市场现状与创新发展趋势：

1.移动照明产品均属轻工业产品，只要普通轻工业生产比较发达的国家都能制造出来，但也需要此国家轻工业产业链形成的好才能行。如美国、日本、欧洲发达国家、中国，韩国等可以制造的出来，但国外这些产品的成本则要高出中国几倍到十几倍，又如中东、非洲、部分东南亚和南美等国家不具备生产条件，所以从市场竞争的角度来说，应该说中国所生产的移动照明产品最具国际市场优势，再说移动照明行业是小产业，大多数发达国家的大公司都没有做这个行业，即使有某些大公司做了，但其规模很小，这样给我们新兴企业留下了发展空间。

2.随着中国对外开放的放宽，中国移动照明产品的国际化发展迅速，80%以上的国家和地区的货源都是由中国生产和提供的，其实中国已成为世界移动产业竞争的主战场，目前中国国内从事移动照明生产的企业有很多家，但技术都不够专业，规模很小，大多数是私人工厂、小作坊，真正专业的大规模的只有林达照明企业和其它一两家工厂；小工厂没有保障，都没有管理到位，有的甚至连厂房都找不到，所以他们大多是什么证照都没有，可以仿冒造假，也可以偷税漏税，管理质量不到位，劣质滥造，所有成本都比较低，然后在市场低价倾销，但有些老百姓消费识别能力也不强，使得他们有了销路，因此国内市场价格很乱，而象我们这样的大企业要依法办事，生产、质量、管理都要到位，生产成本自然提高，对消费者来说，他们在购买时又不知道那种产品质量可靠，哪个最耐用，往往只看价格，这样就使得我们大企业在市场竞争的压力也很大。

3.尽管市场竞争激烈，但我们林达始终以质量和品牌信誉为重，严格按标准生产，保证质量不变，并继续加强科研投入，不断提高产品科技含量，提高产品使用性、耐用性，并设法降低产品成本。我们以引领移动产品技术创新进步为己任，把移动照明产品的发展方向带入智能化、节能化、环保化、大众化、低成本化的未来发展方向。

四、移动照明产品的术语与名词解释：

A.智能探照灯：是一种里面具有智能功能的，如充满电会自动停止充电，照明完时会自动关灯，并自动显示等功能的探照灯。

B.数码探照灯：是一种里面功能比智能探照灯更多自动化功能探照灯，就如手机，电脑一样的数码技术来控制的探照灯。

C.防雨水：是指产品具有在雨天或淋水中使用，但不能浸泡到水中。

D.防水：指产品可以在雨水或淋水和短暂地浸泡在水中，但不能潜于高压力的深水和长时间浸泡水中。

E.可浮水：可在雨中、水中使用，并能浮在水面上而不会沉没水里。

F.潜水：可在雨中、淋水中、长时间浸泡水中，并可在几百米的海洋深水中使用。

G.防跌破：本灯采用优质塑料做外壳与内部特殊设计，可以达到防止不小心掉下地面灯不破也不坏（限1米高内）。但不保证多次故意跌落。

H.灯光亮度无级可调功能：灯光的亮度根据用户的需求，随意无级可调光的亮度。

I.灯内高温自动控制功能：当灯内高温不断上升，接近烧坏灯杯时，电路自动将最强光转为中光，以达到不烧坏灯杯的目的。

J.自动修复电池亏电功能：当电路探测到电池容量低于额定的10%以下，且内阻高时，便自动进入修复功能状态，对亏电电池进行波峰式充电（即瞬充瞬放），20分钟至1小时不等，当亏电电池容量恢复到额定的1/5时，自动退出修复状态，即电流回落到正常充电，三次充放后并可将容量恢复到用龄的95%以上，根据亏电情况不同，一般充电时间为正常的2-3倍。

K.HID照明：是一种高科技气体放电灯泡和12000V高压电工作发光，节能达200%，达到非常的发光效果。由一种高科技电路，将6V或者24V的直流转为2300V的高压电子在气体灯泡发亮的一种技术，它具有高度发亮和高效节能的特点，是当今世界照明领域最先进科技。

五、移动照明产品的保养：除自发电产品和干电池产品外，一般移动性照明产品里面都是设有可充电电池（通常以价格低廉的铅酸电池为多，但也有镍氢，锂电等），不管是那种电池都需要保养，一般都需要每三个月内充足电一次，特别是用完要立即补充，不用时充足电存放，电池的性能是有电能保养，无电就会坏，随时保证灯内有电为最好。 

31.灯具EMC和LVD的各自包含的范围?

答:灯具里的EMC为电磁兼容指令包括空间辐射和磁场辐射,传导,谐波,LVD为灯具低电压指令具体为电气安全性能测试.灯具功率大于75W的检测标准为CLASS D,25-75W的为CLASS C,5-25W的为CLASS B,5W以下的为CLASS A.灯具的功率越大其检测标准越严.

32.大功率LED灯具现一般用于哪些领域?

答:1.景观夜景照明,2.普通照明,3.车灯,4.装饰照明,5.特种照明,6.交通照明.

33.大功率LED灯具一般的承受温度范围?

答:因大功率LED灯具的光源的结点温度一般为125℃,环境温度一般为25℃,再除去光源热阻产生的温度,即:125℃=25℃+8*单颗瓦数*K+散热器温度.故大功率LED灯具的温度不应超过 ℃.

35.电光源有哪几种分类方法和各自区别?

答: 一、电光源的发光方法(发光机理):

1.电阻发光, 2.电弧发光, 3.气体发光, 4.荧光粉发光,5.固态芯片发光.

二、电光源的起动方式:

1.电压自适应，2.辅助触发型。

36.灯具有那几种分类方法和各自区别?

答: 一.按防触电类型分:0类,1类,2类,3类.

二.按IP等级分类.

三.按支承面材料分类:可难和非可难.

四.按是否可移动分:固定式,移动式,嵌入式.

37.请阐述大功率LED筒灯,射灯,泛光灯,投光灯的各自区别?

答:筒灯:是一种相对于普通明装的灯具更具有聚光性的灯具,一般是用于普通照明或辅助照明.

射灯:是一种高度聚光的灯具,它的光线照射是具有可指定特定目标的.

泛光灯:是一种可以向四面八方均匀照射的“点光源“,它的照射范围可以任意调整,可以对物体产生投影阴影.

投光灯:相对于泛光灯来说比较聚光的一种器具.

38.为什么说LED是一种冷光源?

答:因LED光源的发出的光里不含红外线和紫外线等,故LED发出的光线不会引起环境温度的升高.

39.为什么说热管散热技术是最好的呢?

答:热管散热技术最开始用于航天器上的,后逐步应用于民用工业上,热管很好地发挥了热辐射,热传导,热对流,自然空冷四种散热方式的长处.

40.想要购买一个好的LED灯具应注意什么?

答:1.散热的面积够不够,2.灯具所用的光源是那个品牌的,3.灯具的外壳是否好的金属材料,4.光斑是否均匀无眩光,5.电源的使用寿命有多长,6.产品有无确证证书.7.外观是否精致,做工好.8.表面无刮花等暇疵.

41.LED灯具现有那些标准?

答:国内暂时还未有,但有草稿,国外类似.

42.我司大功率LED灯具有无示范工程?

答:有.

43.我司产品的市场定位如何,优势在那里?

答:我司产品的市场定位为中高档,以产品创新,技术创新,价值创新为已任,为客户提供高附加值的物美价廉的产品.我们产品的优势为很好地解决了散热问题,结构优化,外观美观漂亮,使用的光源和IC都为世界一流知名厂商的,产品获得多项自主知识产权.

44.产品出现质量问题,如何进行退换货?

答:按照我司的产品的退换货进行.

45.LED泛光灯的投光距离有多远?

答:根据LED的光学特性,光可以在空间中传播的距离是无限远的,所以LED泛光灯的投光距离有无限远,但越远光照度越低.

46.LED产品可否进行七彩变色,如何控制的?

答:可以,产品通过DMX控制器控制,DMX是一个编程控制器系统,可按照客户的要求进行编程以达到七彩变色的效果.

47.泛光灯的发光角度有哪几种?

答:泛光灯的发光角度有带透镜的小角度的,也有带反光杯的发光角度,另外有带反射器的大角度的.

48.LED灯具有哪几种配光模式?

答:LED灯具有透镜的配光模式,带反光杯的配光模式,带反射器的配光模式,LED光源自有的发光模式.

49.我司电源的使用寿命为多长?

答:我司电源的使用寿命为5000-6000小时,但灯具不应持续不间断的点灯否则将减短电源的使用寿命.

50.我司的产品能否在-40℃左右工作吗?

答:能,关键在于电源的IC能否在-40℃左右工作,要想在其环境下工作IC将选择国外军工级的.

摘 要：固体照明是未来照明的主导方向，而LED照明又是固体照明的主要组成部分，是理想的下一代照明器件。LED产业的发展离不开光色测量技术。文章从LED照明的发展要求出发，对LED照明的光色测量进行了介绍。

关键词：LED照明；光色测量；照明评价；

1、前言

发光二极管（ＬＥＤ）作为新兴的发光体，具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能环保等优点，是新一代照明的首选器件。ＬＥＤ的发展受到国内外的普遍关注，新产品、新技术层出不穷。近年来，ＬＥＤ产业发展迅速，光效不断增加，亮度不断提高。如今，ＬＥＤ已经在众多场合得到大量应用，尤其是白光ＬＥＤ技术的不断进步，使其在照明领域的应用也逐渐普及。LED产业的发展如图1所示。

2、ＬＥＤ的工作原理

发光二极管（ＬＥＤ）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由ＰＮ结芯片、电极和光学等系统组成。ＬＥＤ的基本工作原理是一个电光转换的过程，当一个正向偏压施加于ＰＮ结两端，由于ＰＮ结势垒的降低，Ｐ区的正电荷将向Ｎ区扩散，Ｎ区的电子也向Ｐ区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子相对不稳定，对于ＰＮ结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就会不同。LED工作原理如图2所示。

3、ＬＥＤ的光参数

3.1 光通量

光通量是光源在单位时间内发出的光量，即辐射功率（或辐射通量）能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。光通量的符号为Φ，单位为流明（Lｍ）。

根据光谱辐射通量Φ（λ），由下式可确定光通量：

 式中，Ｖ（λ）—相对光谱光视效率；

Km—辐射的光谱光视效能的最大值，单位为Lｍ/Ｗ。１９７７年由国际计量委员会确定Km值为６８３Lm/W（λｍ＝５５５ｎｍ）.

3.2 光强度

光源在给定方向上的发光强度I是该光源在该方向的立体角元内传输的光通量ｄΦ除以该立体角元ｄΩ之商，即：

发光强度的单位是坎德拉（ｃｄ），１ｃｄ＝１Lｍ/１ｓｒ。空间各个方向的光强之和就是光通量。

3.3 光亮度

光源发光表面上某一点处的亮度L，是该面元ｄＳ在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积之商，即：

单位为坎德拉每平方米（ｃｄ/ｍ２）。当发光表面与测量方向垂直时，则ｃｏｓθ＝１。

3.4 光照度

表面上一点的照度E是入射在包含该点面元上的光通量ｄΦ除以该面元面积ｄＳ之商。即：

单位为勒克斯（Lｘ），１Lｘ＝１Lｍ/ｍ２。

3.5 其他参数

LED的光参数还包括：光谱、色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等。

4 ＬＥＤ光色测量的必要性

4.1 避免危害

ＬＥＤ与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。当ＬＥＤ应用于照明器具时，如果对出光角不加以严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度ＬＥＤ产品甚至会对人体造成光辐射危害。光色测量可为ＬＥＤ的安全使用提供指导。

4.2 促进ＬＥＤ产业的发展

ＬＥＤ的光色测量能提供大量的实验数据，可作为判定ＬＥＤ产品合格与否的标准，并可为改进ＬＥＤ的设计、制造提供依据。

5 ＬＥＤ的光色测量方法

5.1 光通量的测量

5.1.1 积分法

测得ＬＥＤ在各个方向的光强，然后对这些光强值进行计算，从而得到ＬＥＤ的总光通量（如图3所示）。

5.1.2 积分球法

积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可知，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量，如图4（a）所示。

但是由于标准灯与被测灯的物理结构以及性质的不同（如吸收），在利用积分球法测试光通量时需要对测试结果进行修正，可采用辅助灯的方法，如图4（b）所示。

5.1.3 2π立体角光通量的测试

利用积分球法测试ＬＥＤ光通量时还有一种测试结构（如图5所示），称为前射光通量的测试或２π立体角光通量。该测试并不是测试ＬＥＤ的总光通量，但人们常常将其与测试ＬＥＤ的总光通量相混淆。

5.2 光强度测量

对于ＬＥＤ光强的测试，ＣＩＥ－１２７规定了两种测试条件，如图6和表所示。

5.3 光亮度

ＬＥＤ亮度的测试通常应用在测试ＬＥＤ芯片的亮度和评价ＬＥＤ光辐射安全性的过程中。测试一般采用成像法，对于芯片的测试可以采用显微成像进行测量，如图7所示。

5.4 光照度测量

严格地说，光照度实际上并不能算是ＬＥＤ的光学参数，照度是表示被照射表面受照程度的光学量，而且测试单个ＬＥＤ对某点或某面的照度没有太大意义，因为一般情况下对实际场合的照明都是由多个ＬＥＤ共同完成的。

5.5 其他参数的测量

其他如色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等参数的测试，可以利用相关色度计或者采用光谱仪进行。

6 ＬＥＤ的光辐射安全性测试与评价

近年来，ＬＥＤ的光辐射安全受到越来越多的关注，因此本文也对此作一简单介绍。

浙江大学三色仪器有限公司在国内首先开展了光辐射安全测试的研究，并与国家电光源检测中心共同起草了非相干光源的光生物安全性国家标准。目前，浙大三色在ＬＥＤ的光辐射安全测试方面又取得新的进展，为Ｐｈｉｌｉｐｓ公司进行了照明ＬＥＤ测试工作，研究完成了具有中国自主知识产权的ＬＥＤ辐射安全检测系统。下面以我们做的测试实例介绍ＬＥＤ光辐射安全性测试与评价的过程。

6.1 被测白光ＬＥＤ　

6.1.1 LED工作条件

灯管电流０．４１７Ａ，电压１２Ｖ直流，功率５Ｗ。

6.1.2 实物图与光谱分布（如图8所示）

6.2 表观光源的测试

如图9所示，我们利用表观光源测试系统对白光ＬＥＤ进行了测试，这９幅图是在０°（正对）和９０°方向上间隔１０°拍摄得到的表观光源像。理论上我们应该按各个方向进行光安全的测试评价，但是为简单起见，本文只对０°方向的情况进行测试评价（因为该方向光输出最强），其他角度可以此类推。０°方向表观光源大小为直径２．５ｃｍ的圆斑。

6.3 测试条件１

按照ＩＥＣ－６０８２５要求，首先按测试条件１进行测试。白光ＬＥＤ出孔距光接收口２ｍ，光接收口直径５０ｍｍ。

测试结果分析：

１类ＡＥＬ计算

４００～６００ｎｍ的光化学危害：未超过规定ＡＥＬ

４００～７００ｎｍ的热危害：未超过规定ＡＥＬ

７００～１４００ｎｍ的ＡＥＬ：未超过规定ＡＥＬ

结论：该白光ＬＥＤ在测试条件１下测得的光辐射输出未超过１类激光产品的ＡＥＬ规定。

6.4 测试条件２　

白光ＬＥＤ光出射孔距光接收口１００ｍ，光接收口直径为７ｍｍ。

测试结果分析：

（1）１类ＡＥＬ计算

４００～６００ｎｍ的光化学危害ＡＥＬ：超过规定ＡＥＬ

结论：该白光ＬＥＤ超过１类激光产品光化学危害ＡＥＬ规定，不属于１类产品。

（2）２类ＡＥＬ的计算

４００～７００ｎｍ的ＡＥＬ：未超过规定ＡＥＬ

７００～１４００ｎｍ的ＡＥＬ：未超过规定ＡＥＬ

结论：该白光ＬＥＤ在测试条件２下测试未超过２类激光产品ＡＥＬ规定。

6.5 辐照度或辐亮度测试条件

上述测试过程中测试条件２和辐照度或辐亮度测试条件的测试结构相同，而１Ｍ类ＡＥＬ参照１类ＡＥＬ的规定，因此由以上分析可知，该白光ＬＥＤ光辐射输出超过了１Ｍ类的ＡＥＬ。

6.6 结论

综合以上分析可知，被测白光ＬＥＤ产品属于２类ＬＥＤ产品，长时间直视该ＬＥＤ会伤害人眼的视网膜。但是一般情况下，由于人眼有眨眼等自然回避反应，因此不会对人眼造成伤害。

通过以上介绍可知：ＬＥＤ光辐射安全性的测试与评价是一个十分复杂的过程，涉及许多方面的内容。但是ＬＥＤ光辐射安全性的测试与评价已经逐渐成为ＬＥＤ产品测试中必不可少的内容，例如，目前所有销往欧洲的ＬＥＤ产品都必须按照ＥＮ－６０８２５（等同于ＩＥＣ－６０８２５）标准经过严格的检验。因此，我们应该加大这一领域的研究投入。

7、ＬＥＤ光色测量与照明评价

ＬＥＤ照明的最终目的是取得最佳的照明效果，而判断照明效果的好坏取决于ＬＥＤ的光色测量。

7.1 对现在照明的评价

现行的照明评价主要是根据几个主要光学基本量：光通量、光亮度、光强度和光照度等，其中前三个基本量主要用于光源的评价，光照度则是对光源光辐射作用面的评价。

这些光学基本量是根据人眼的生物物理特性得到的，也是一个国际照明委员会（ＣＩＥ）认可的光谱光视效率函数Ｖ（λ）与对应的辐射度量加权积分的结果，满足以下关系：

光度量（λ）=Km gV（λ）辐射度量（λ）

式中，Ｋｍ—６８３Lｍ/Ｗ.

7.2 存在的问题与不足

人眼的生物物理机理非常复杂，不同情况下对光刺激的响应也不同，大体上可以分为明视觉、暗视觉和中间视觉，其中中间视觉尤其复杂，因此上述的光谱光视效率并不能确切地表示照明的实际效果。如图10所示，同一个光源在明视觉和暗视觉下对人眼造成的刺激值明显不同。另外，国内现行的照明评价缺乏对光生物安全性的考虑，这可能会对人体造成不同程度的危害。

7.3 解决方法

7.3.1 测试方法与仪器

采用全光谱法测得ＬＥＤ的光谱分布，再利用光谱仪进行分光测试。

7.3.2 评价方法

（1）照明效果

根据不同视觉条件采用不同的光谱光视效率函数加权ＬＥＤ光谱分布数据，得到被测光源光辐射在对应视觉条件下的实际照明效果。例如，暗视觉时采用暗视觉光谱光视效率函数，明视觉时采用明视觉光谱光视效率函数，中间视觉采用中间视觉光谱光视效率函数。

（2）光生物安全性

根据危害种类，采用对应的效果函数加权ＬＥＤ光谱分布数据得到实际危害效果。

总之，ＬＥＤ照明评价应该符合人体实际的生物物理需求。

8 总结与展望

（1）ＬＥＤ产业的发展离不开ＬＥＤ的光色测量技术，为了适应ＬＥＤ的照明应用，未来的光色测量技术应该有新的突破。

（2）ＬＥＤ照明与光色测量应该以人为本，一切以适应人类的实际要求为导向。

（3）当前任务： ①加强与人体相关的生物学基础理论的研究，促进学科的交叉合作；②与国际接轨，加快规范性文件的制定与实施，努力并积极地参与ＣＩＥ、ＩＥＣ等国际知名组织的活动；③加大科研投入，研发具有自主知识产权的光色测量仪器； ④加强各类测试技术的研究，培养专业的测试人员，加快提高质检机构的装备水平和检测能力。

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Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导成的，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μm以内产生。

　　理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料有关，即 λ≈1240/Eg（mm）

式中Eg的单位为电子伏特（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3.26～1.63eV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。

　　（4）工作环境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λ0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Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. 　

　　（4）半值角θ1/2和视角：θ1/2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0.6·IFm以下。

　　（6）正向工作电压VF：参数表中给出的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1.4～3V。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。

　　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φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm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。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°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20°～45°。

　　（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°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10～100mcd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，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R≈Vi/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1.4～3V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×10kΩ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，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,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×10kΩ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×10Ω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×1Ω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，不能一开始测量就将两块万用表置于×1Ω，以免电流过大，损坏发光二极管。

　　（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1.4～3V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF≈3V，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1～3μm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1.3～2.5V。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按图12排列而成的。可实现0～9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φ30μm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“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2～3mm）。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。如图13所示。（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1.5～2.3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，脉冲正向电流可以越大。

　　（四）LED显示器的应用指南

　　1．七段数码显示器

　　（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，如图14　　（a）所示。

　　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。

　　① 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。

　　② 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I1～I7与输出端Q1～Q7一一对应）。　

　　Q1～Q7分别加到四个数码管的a～g七个阳极上。数字驱动电路TD62003P是由达林顿构成的阵列电路，Q1～Q4中哪一端接地，由输入端I1～I4的四师长“使能”信号DS1～DS4控制。由于四个锁存器的轮换输出也是受“使能”信号DS1～DS4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。

　　3．LED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。

　　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。图18所示是具有代表性的P2057A和P2157A两种φ5高亮度橙红色5×7点阵组件。采用双列直插14脚封装，两种显示器的差别是LED极性不同，如图18所示。该显示器用扫描驱动方式，选择较大峰值电流和窄脉冲作驱动源，每个LED的平均电流不应超过20mA。

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、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合.

LED 发光二极管Light Emitting Diode的缩写，LED产业一般分为材料生长、芯片制备、封装应用等上中下游。

·光通量Φ单位：流明[lm]光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通（Φ）。

·光强l单位：坎德拉[cd]一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。可见光在某一特定方向角内所发射的强度就叫做光强（l）。

·照度E单位：勒克司[lx]照度（E）是光通量与被照射面积之间的比例系数。1 lx即指1 lm的光通量平均分布在面积lm2平面上的明亮度。

·辉度L单位：坎德拉/平方[cd/m2]辉度（L）是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。

·光效η

单位：流明每瓦[lm/W]光效是指电能转换成光能的效率。

·色温Tc单位：开尔文[K]当光源所发出的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。

·显色性Ra原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。

　 到通用照明领域，从证券行情到股票机，从笔记本电脑到数码相机，从PDA到手机，从室内照明到汽车车灯，LED无处不在。

　　有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。据悉，国外一家公司正在开发一种头盗式取景器，将指甲盖大小的高分辨率有机LED显示器置入其中，戴上这种半透明头盔显示器，飞行员可以毫不费力地查看各种飞行数据；正在进行手术的外科医生眼睛无需离开手术台，就能看到复杂的诊断图像；飞行机械师在检修飞机时，目光所至即可看到相应部件的维修手册。更令人心动不已的是，戴上有机LED显示屏制成的眼镜，还可以开开心心看电影，视角可以达到160度。

　　LED照亮未来

　　在现代都市中，大功率气体放电灯、泛光照明、霓虹灯、灯箱广告等光源所产生的光污染，已经对人类、自然环境以及天文观察造成严重危害。21世纪，解决光污染，是照明技术急待突破的课题，LED应运而生，前途无量。

　　白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED最接近日光，更能较好反映照射物体的真实颜色，所以，从技术角度看，白光LED无疑是LED最尖端的技术。

　　白光LED的应用市场将非常广泛，也是取代白炽钨丝灯泡及荧光灯的“杀手”。目前，白色LED已开始进入一些应用领域，应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世。但是，由于价格十分昂贵，故而难以普及。一组亮度相当于40瓦白炽灯的白色LED，其售价为220美元，白色LED普及的前提是价格下降，而价格下降必须在白色LED形成一定市场规模才有可能，毫无疑问，两者的融合最终有赖于技术进步。

　　据美国能源部预测，2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED替代，每年节电价值可达350亿美元，LED显示屏批发http://www.nickled.com.cn/可能形成一个500亿美元的大产业。日本提出，LED将在2006年大规模替代传统白炽灯。为了抢占未来市场的制高点，通用电气、飞利浦、奥斯拉姆等世界三大照明工业巨头纷纷行动，与半导体公司合作成立LED照明企业，目标是在2010年前把LED发光效率再提高8倍，价格降低99%。