LED屏

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。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。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压）,电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。

1、电压：LED[1]使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。

2、效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 。

3、适用性：很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于全彩led屏易变的环境。

4、稳定性：10万小时,光衰为初始的50%。

5、响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒级。

6、对环境污染：无有害金属汞。

7、颜色：改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿蓝橙多色发光。如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色。

8、价格：LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,一只LED的价格就可以与几只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP,发红光（λp=650nm）,在驱动电流为20 毫安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦。

70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光（λp=555nm）,黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm）,光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源,使得红色LED的光效达到10流明/瓦。

90年代初,发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。

最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光。经红色滤光片后,光损失90%,只剩下 200流明的红光。而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。

另外,LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

白光LED

对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。 GaN芯片发蓝光（λp=465nm,Wd=30nm）,高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值550nm。蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。

表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉,其最好的发光效率约为25流明/瓦, YAG多为日本日亚公司的进口,价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED,不过发光效率较差。

从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉,在未来较被看好的是三波长光,即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉,用于封装LED白光,预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小,稳定性要求也高,具体应用方面还在探索之中。

广泛应用于：政府广场、国庆庆典、休闲广场、大型娱乐广场、繁华商贸中心、广告信息发布牌、商业街、火车站、候车室、演艺中心、电视直播现场、展览场馆、演唱会现场等场所。

专用驱动芯片的主要参数和发展现状

专用驱动芯片具有输出电流大、恒流等基本特点,比较适用于要求大电流、画质高的场合,如户外全彩led显示屏、室内LED显示屏等。专用驱动芯片的关键性能参数有最大输出电流、恒流源输出路数、电流输出误差(bit to bit,chip to chip)和数据移位时钟等。

1、最大输出电流

目前主流的恒流源芯片最大输出电流多定义为单路最大输出电流,一般90 mA左右。电流恒定是专用芯片的基本特性,也是得到高画质的基础。而每个通道同时输出恒定电流的最大值(即最大恒定输出电流)对LED屏更有意义,因为在白平衡状态下,要求每一路都同时输出恒流电流。一般最大恒流输出电流小于允许的最大输出电流。

2、恒流输出通道

恒流源输出路数有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)两种规格,现在16位源占主流,其主要优势在于减少了芯片尺寸,便于LED驱动板(PCB)布线,特别是对于点间距较小的LED驱动板更有利。

3、电流输出误差

电流输出误差分为两种,一种是位间电流误差,即同一个芯片每路输出之间的误差;另一种是片间电流误差,即不同芯片之间输出电流的误差。电流输出误差是个很关键的参数,对LED屏的均匀性影响很大。误差越大,显示屏的均匀性越差,很难使屏体达到白平衡。目前主流恒流源芯片的位间电流误差(bit to bit)一般在+60%以内,(chip to chip)片间电流误差在±15%以内。

4、数据移位时钟

数据移位时钟决定了显示数据的传输速度,是影响显示屏的更新速率的关键指标。作为大尺寸显示器件,显示刷新率应该在85 Hz以上,才能保证稳定的画面(无扫描闪烁感)。较高的数据移位时钟是显示屏获取高刷新率画面的基础。