LED技術(shù)及應用分析

2009年第11期大眾科技No.11 ,2009(總第123期)DA ZHONG KEJ1(C umulatively No.123)LED技術(shù)及應用分析吳琦(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇蘇州215104 )[摘要] 隨著(zhù)LED技術(shù)的不斷創(chuàng )新發(fā)展,從最常見(jiàn)的電器指示燈,到馬路交通燈牌,從電腦控制的LED文字顯示板到看不見(jiàn)LED本體的液晶顯示背光模組,其優(yōu)點(diǎn)正在被越來(lái)越多的領(lǐng)域所發(fā)現和應用。863 計劃重大項目”半導體照明工程”的啟動(dòng),預示著(zhù)國家將LED技術(shù)列入重點(diǎn)科技發(fā)展行列,因此LED及其驅動(dòng)IC技術(shù)成為未來(lái)持續改善的重要課題。[關(guān)鍵詞] LED技術(shù);背光模組;應用電路[中圖分類(lèi)號] TN383[文獻標識碼] A[文章編號] 1008- 12009)11- 0026- 02(一) LED介紹訊號控制技術(shù)，進(jìn)行調光控制，且維持穩定的LED發(fā)光亮度,LED，英文Light Emitting Diode 的縮寫(xiě)，譯為半導體有效延長(cháng)電池的使用時(shí)間。發(fā)光二極管。早在上世紀60年代就已經(jīng)發(fā)現了半導體的發(fā)光(三) LED的應用--液晶顯示器背光源現象而且制成了發(fā)光二極管LED。然而LED的大量應用還是近現在LED被廣泛的應用于液晶顯示器背光，其原因在于十年的事。早期主要應用為各種指示燈。而以后，則發(fā)明了液晶面板自身不會(huì )發(fā)光，而需要采用外加的背光源才能讀取用電腦控制的LED顯示面板，并使其應用更加廣泛。目前，影像信息，可攜式電子產(chǎn)品的特點(diǎn)之一是輕便, LED正好符合高亮度LED的生產(chǎn)地主要集中在臺灣、大陸和韓國,約占45%，便攜輕便的特點(diǎn)，又能通過(guò)結構設計使其達到合適的亮度與北美占25%，日本占22%，歐洲占8%。均勻性，故而包括筆記本電腦在內的大多數便攜產(chǎn)品的液晶如今，幾乎所有的電子產(chǎn)品中都可以看到它的身影，功顯示設備背光源都是采用WLED (白色發(fā)光二極管)光源設計能指示燈，公交車(chē)上的可控式信息顯示牌，交通燈，這些我的，而像液晶電視、臺式電腦顯示器等這類(lèi)不特別注重輕便們都可看到它的存在，那么一-直在使用，卻不知道那就是LED性的大型液晶屏，目前還是多采用CCFL (冷陰極熒光管)作的電子產(chǎn)品有哪些呢?其實(shí)啊，手機屏幕中，MP3/MP4 顯示屏為背光。中，GPS顯示器中，都有LED的存在，那就是LED液晶顯示背黃光_藍光YAG螢光粉黃光光模組，包括這兩年開(kāi)發(fā)的筆記本電腦液晶屏，也廣泛的使藍光用了LED作為模組光源?？p光屠一ZnS些板(二) LED原理LED的工作原理和我們常見(jiàn)的白熾燈、熒光燈完全不同。GaN系白光LED。ZnSe系白光LED。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，LED 是一種半導體器件，它的核心部分是由P圖1基本的 WLED結構型半導體和N型半導體組成的晶片，給某些半導體材料的PN結加上偏壓、有- -定的電流流過(guò)時(shí)，二極管就會(huì )發(fā)光，這是由然而這種CCFL存在著(zhù)一- 些缺點(diǎn):其-，也是最讓人頭痛于注入的少數載流子復合時(shí)，會(huì )把多余的能量轉換為光能而的問(wèn)題是使用壽命較短;其二，限制了液晶顯示器色彩的發(fā)“映射”出來(lái)。換句話(huà)說(shuō)，LED是利用化合物材料制成PN結.揮;其三，結構復雜、亮度輸出均勻性差;其四，體積較大, .的光電器件，它具備PN結結型器件的電學(xué)特性。發(fā)光二極管功耗不理想;其五，含有有害物質(zhì)(水銀)?？梢杂弥绷?、交流、脈沖電源點(diǎn)亮，工作電流一般為 幾毫安LED作為L(cháng)CD的背光源，與傳統背光技術(shù)相比，除了在色至幾十亳安，正向電壓多在1.5V~2.5V之間。域范圍的優(yōu)勢外，還有很多獨特技術(shù)優(yōu)勢，歸納如下:LED驅動(dòng)IC主要控制電流。其要求特性為:1. 平面發(fā)光，方向性強。1.電流輸出一-致性 與恒定性。白光LED的順向電壓隨著(zhù)2.響應時(shí)間短。LED輻射光為非相干光，光譜較窄，發(fā)射種類(lèi)不同，極易發(fā)生分布不均現象，進(jìn)而導致白光LED的輝角大，發(fā)光響應快(可達1ns)。度出現分布不均，如何使LED亮度獲得均勻性，成為L(cháng)ED驅3.單色性好，色彩鮮艷豐富。通過(guò)選用不同的材料可以實(shí)現多種顏色的發(fā)光，而且還可以通過(guò)紅、綠、藍三原色的動(dòng)IC技術(shù)指標之一。2.LED偵錯功能。LED本身仍有可能因為溫度或使用時(shí)間組合實(shí)現全色化。等問(wèn)題造成效率衰退，因此驅動(dòng)IC本身就必須設計有效偵測4.發(fā)光效率高。5.耗電量少，輝度高。到LED內部產(chǎn)生的錯誤。3.電流增益功能。由于制作過(guò)程可能造成LED有差異，6.使用壽命長(cháng)，高可靠性。采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受LED驅動(dòng)IC可透過(guò)改變數字碼方式，獲得相對的輸出電流，高強度機械沖擊和振動(dòng)，不易破碎。7.安全性好，屬于綠色照明光源。LED發(fā)熱量低，無(wú)熱輻調整電流的偏差。4.脈沖寬度調變(pwm技術(shù))。LED 驅動(dòng)IC可以采用pwm射，冷光源，可以安全觸摸。[收稿日期] 2009- 08 01中國煤化工[作者簡(jiǎn)介]吳琦(1981- ), 女,蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系助教,研MYHCNMH G.8.環(huán)保。有多種顏色，光源體積小，可隨意組合，易開(kāi)這種固態(tài)新光源。進(jìn)入21世紀后,隨LED功率和亮度的提升,.發(fā)成輕便薄短的小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護。除了汽車(chē)前照明燈外, LED全面進(jìn)入了汽車(chē)照明和信號系統中但沒(méi)有一種LED可以直接產(chǎn)生白光，因為白光是太陽(yáng)光，的應用。LED作為汽車(chē)車(chē)燈主要得益于低功耗，長(cháng)壽命和響應或者是指可見(jiàn)光譜，關(guān)于用LED發(fā)白光的方法，實(shí)用化的有速度快等特點(diǎn)。最近幾年汽車(chē)的尾燈陸續改用LED 的設計不如下三種:斷增加，因為L(cháng)ED的使用壽命比傳統燈泡長(cháng)，實(shí)際應用時(shí)幾1. 將三原色的R、G、B三種LED芯片組合封裝的方法;乎不需要更換燈源，此外LED 的消耗電力比燈泡低，因此同2.用藍紫色LED芯片激勵發(fā)R、G、B光的熒光體的方法;樣可以延長(cháng)汽車(chē)電池的使用壽命。下圖是- -張車(chē)用LED尾燈3.藍色LED與利用它激勵的黃色熒光體組合封裝的方法。電路圖。U入人人I人人圖4而下面這張圖是WD4170高端電流檢測2MHz高亮度LED驅動(dòng)器原理圖，可應用于建筑、工業(yè)、環(huán)境照明、汽車(chē)尾燈、圖2三種不同的白光LED產(chǎn)生的方法霧燈、RCL、DRL、 MR16及其它LED燈、指示燈、應急燈在小型液晶屏中，采用WLED作為背光，例如在手機液晶汽車(chē)燈,應急燈,霧燈等LED驅動(dòng)IC屏中，通常采用3~4個(gè)WLED作為背光，PDA 中采用4~8個(gè)soT23- 6WLED作為背光。而在液晶電視中采用WLED作為背光時(shí)，由于單個(gè)WLED的發(fā)光量不夠，而且為了使其發(fā)光均勻，于是采用GND DRV LDC多個(gè)WLED.背光所需要的WLED數目，通常由屏幕的大小決定。WD4170下表中列出了各種大小的液晶屏所需的WLED數目。早早。號8ihos表1輸入電壓:5.5V至36V屏睿尺寸所需背光LED數應用場(chǎng)合手機。IP4，數碼相機(DC)圖5PMP，Webpad, PortahleDm2. LED應用于室內外裝飾14-32Portable .le DYD, Notelook裝飾燈市場(chǎng)是LED的另一個(gè)新興市場(chǎng)。通過(guò)電流的控制，40-8048 (高亮度)LCD Moitr, LCDTVLED可實(shí)現幾百種甚至上千種顏色的變化。建筑裝飾照明和家72(高亮度)庭照明，則需要將AC能直接變換成DC恒流源的LED驅動(dòng)IC,目前還不能提供單個(gè)SOC的集成電路產(chǎn)品，大多數是模塊電路。建筑裝飾照明在國內各大城市應用已十分廣泛，節能效采用白光LED作為背光的小尺寸液晶屏，其結構如圖所果顯著(zhù)。社會(huì )對家庭用LED照明燈需要量將是一-個(gè)天 文數字，示但目前的家庭用LED照明燈技術(shù)和生產(chǎn)成本離大批量生產(chǎn)還有一定的距離，尚需努力。3. LED應用于交通指揮、景觀(guān)照明、城市道路照明2008年，北京奧運會(huì )成功舉辦為L(cháng)ED提供了-一個(gè)很好的舞臺，近50萬(wàn)顆紅、綠、藍大功率LED器件成功點(diǎn)亮水立方。(五)結束語(yǔ)LED驅動(dòng)IC主要在控制電流通過(guò)，在設計上著(zhù)重穩定性與低功耗，強調偵錯功能，又常采用PIM技術(shù)來(lái)控制LED調光。目前的液晶顯示器市場(chǎng)，LED背光異軍突起，在逐步蠶食圖3控制系統電路了小熒屏的背光市場(chǎng)后，將會(huì )開(kāi)始大規模地向筆記本電腦背目前，WLED背光已經(jīng)開(kāi)始應用到筆記本電腦中去，在筆光進(jìn)軍，向更大熒屏的液晶電視的應用也已經(jīng)開(kāi)始。LED技術(shù)記本電腦中，至少需要用40顆以上的WLED。雖然WLED的發(fā)市場(chǎng)，在不斷的技術(shù)創(chuàng )新中，潛在著(zhù)無(wú)限商機，相信有越來(lái)光效率比CCFL低，但WLED背光系統還更省電，這是由于其越多的照明設備將被LED取代。導光的效率高的原因。而且,LED背光板的壽命是目前冷陰極背光面板的1.5倍。[參考文獻](四) LED的其他應用電路[1]楊清德.LED照明工程與施工[M].金盾出版社,2009.1. LED應用于汽車(chē)車(chē)燈[2]倪星元,沈軍,周斌,吳廣明.光電子技術(shù)入門(mén)[M].北京化學(xué)在20世紀80年代中期, LED開(kāi)始用于汽車(chē)中央高位剎車(chē)[3]彭軍.光電器件基礎與應田M1科學(xué)出版社,2009.工業(yè)出版社,2008.燈。進(jìn)入90年代，汽車(chē)儀表LCD畫(huà)面背光照明普通采用LED[4]寧靜.LED中國煤化工顯示，2007.IYHCNMH G-27 -.