LED系統

LED套用系統是指由一系列LED套用產品組合起來改善人類生活水平，提高人類生活素質，方便人類日常套用的多類LED產品組成的系統。

基本介紹

• 中文名：液晶顯示屏
• 外文名：liquid crystal display。

系統簡介

LED套用系統是指由一系列LED套用產品組合起來改善人類生活水平，提高人類生活素質，方便人類日常套用的多類LED產品組成的系統。

LED套用系統：LED套用產品即是指由LED原材料及配套的輔材加工形成的與社會人類日常生活相對緊密的套用產品，區別與純工業性質的專用產品。

LED套用系統包括智慧型家居照明系統（LED照明），樓宇智慧型控制系統（智慧型樓宇LED照明），建築亮化系統（LED照明裝飾燈具），各種公共場合顯示套用系統（視頻LED廣告屏，LED文字條屏，LED全彩屏），體育場館套用系統（LED計時計分牌及LED照明燈），舞台劇院顯示系統（演出LED屏及舞台LED燈光），交通誘導系統（LED誘導屏）等。

發光原理

50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極體產生於1960年。led是英文light emitting diode（發光二極體）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以led的抗震性能好。

發光二極體的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱led。 當它處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從led陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

光源的特點

1. 電壓：led使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。

2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。

3. 適用性：很小，每個單元led小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，並且適合於易變的環境。

4. 穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%。

5. 回響時間：其白熾燈的回響時間為毫秒級，led燈的回響時間為納秒級。

6. 對環境污染：無有害金屬汞。

7. 顏色：改變電流可以變色，發光二極體方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的led，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色。

8. 價格：led的價格比較昂貴，較之於白熾燈，幾隻led的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上300～500隻二極體構成。

設計特性

設計指導思想和設計原則：系統設計及主要設備選型選用國外知名成熟品牌；輔助材料選用國內優質名牌產品，以先進、合理、成熟、安全、穩定、可靠、高效和高性能價格比以及易擴展、易管理為原則，建立一個統一、完整、先進、高可靠性和高安全性的LED顯示體系。

兼容性：

系統的整體設計充分考慮與LED顯示管理其他系統的數據接口，控制系統和前端設備具備良好的互聯性、互操作能力和升級能力。整個系統按照開放式結構建設，系統提供強大的擴充性，新系統能夠順暢接入現有系統，原有系統的運行模式和聯網方式不會受到影響，能夠充分、全面地保持原有系統的一致性和完整性，系統兼容性強，擴充過程平滑、易行。

先進性：

充分考慮現階段顯示和通訊技術的發展水平，首選國內外市場上主流的、通用的、成熟的、穩定的設備和技術，並能通過硬體的擴展和軟體的升級，保持系統的先進性。

可靠性：

系統設備的硬體以及作業系統具有很好的安全機制，設備能夠在正常環境下穩定地運行，且在運行中可自動實現工作設備的相互替換，而不影響前台的套用。系統安全可靠，系統設計充分考慮了原有信息管理網路及原有設備的安全。

標準化：

本系統在設計過程中，通過對系統需求的詳盡分析和對相關各項標準、規範的深度理解，使得本系統能夠嚴格遵循相關的國際標準、國家標準和行業標準及規範，貼合用戶需求並符合未來發展趨勢。

實用性：

本系統在滿足LED顯示系統使用要求的前提下，力求深度挖掘系統實用性，儘量降低工程成本，選擇性能價格比高的技術方案和產品。在設備選型上，主要產品選用國內外先進成熟的產品，在保證質量前提下輔材選用國內外合資產品，爭取以最小的投資，獲得最大的收穫。

易用性：

系統功能齊全，能充分滿足LED顯示的需要，易於學習，便於操作。系統建成後可通過網路和不同授權進行遠程控制。在系統中，採用靈活的操作、漢字化界面、中文選單，操作人員經過簡單培訓就可以熟練作業系統。

可擴展性：

系統中心控制設備採用模組化設計，可以隨著系統的擴展而增加相關模組。所採用控制系統可以進行免費的軟體升級；可以通過通訊網路聯成一個完整系統，使系統能方便的實現功能的擴展。

適度超前：

當前科學技術發展十分迅速，而且，隨著套用的不斷增長，對系統資源（包括系統處理速度、容量、網路）的要求會越來越大。因此，系統設計時，在保證技術先進性的基礎上，適度超前。

發展歷史

最早套用半導體P-N結髮光原理製成的led光源問世於20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP，發紅光（λp=650nm），在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發光效率約0.1流明/瓦。

70年代中期，引入元素In和N，使led產生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初，出現了GaAlAs的led光源，使得紅色led的光效達到10流明/瓦。

90年代初，發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發成功，使led的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的led在紅、橙區（λp=615nm）的光效達到100流明/瓦，而後者製成的led在綠色區域（λp=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。

套用

最初led用作儀器儀表的指示光源，後來各種光色的led在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛套用，產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是採用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產生2000流明的白光。經紅色濾光片後，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司採用了18個紅色led光源，包括電路損失在內，共耗電14瓦，即可產生同樣的光效。

汽車信號燈也是led光源套用的重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由於led回響速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發生。

另外，led燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得到了套用。

開發

對於一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發白光的led開發成功。這種led是將GaN晶片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN晶片發藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫燒結製成的含Ce3+的YAG螢光粉受此藍光激發後發出黃色光發射，峰值550nm。藍光led基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 led基片發出的藍光部分被螢光粉吸收，另一部分藍光與螢光粉發出的黃光混合，可以得到得白光。現在，對於InGaN/YAG白色led，通過改變YAG螢光粉的化學組成和調節螢光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。

目前白色led的種類及其發光原理。目前已商品化的第一種產品為藍光單晶片加上YAG黃色螢光粉，其最好的發光效率約為25流明/瓦，YAG多為日本日亞公司的進口，價格在2000元/公斤；第二種是日本住友電工亦開發出以ZnSe為材料的白光led，不過發光效率較差。

從表中也可以看出某些種類的白色led光源離不開四種螢光粉：即三基色稀土紅、綠、藍粉和石榴石結構的黃色粉，在未來較被看好的是三波長光，即以無機紫外光晶片加R.G.B三顏色螢光粉，用於封裝led白光，預計三波長白光led今年有商品化的機機會。但此處三基色螢光粉的粒度要求比較小，穩定性要求也高，具體套用方面還在探索之中。

業界概況

在led業者中，日亞化學是最早運用上述技術工藝研發出不同波長的高亮度led，以及藍紫光半導體雷射（Laser Diode；LD），是業界握有藍光led專利權的重量級業者。在日亞化學取得蘭色led生產及電極構造等眾多基本專利後，堅持不對外提供授權，僅采自行生產策略，意圖獨占市場，使得藍光led價格高昂。但其他已具備生產能力的業者相當不以為然，部分日系led業者認為，日亞化工的策略，將使日本在藍光及白光led競爭中，逐步被歐美及其他國家的led業者搶得先機，屆時將對整體日本led產業造成嚴重傷害。因此許多業者便千方百計進行藍光led的研發生產。目前除日亞化學和住友電工外，還有豐田合成、羅沐、東芝和夏普，美商Cree，全球3大照明廠奇異、飛利浦、歐司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了該產品的研發生產，對促進白光led產品的產業化、市場化方面起到了積極的促進作用。中國政府也大力的扶持國內半導體公司積極成長，也為中國普通老百姓享受這一科技成果帶來便利。