LED系统

系统简介

LED应用系统是指由一系列LED应用产品组合起来改善人类生活水平，提高人类生活素质，方便人类日常应用的多类LED产品组成的系统。

LED应用系统：LED应用产品即是指由LED原材料及配套的辅材加工形成的与社会人类日常生活相对紧密的应用产品，区别与纯工业性质的专用产品。

LED应用系统是指由一系列LED应用产品组合起来改善人类生活水平，提高人类生活素质，方便人类日常应用的多类LED产品组成的系统。

LED应用系统包括智能家居照明系统（LED照明），楼宇智能控制系统（智能楼宇LED照明），建筑亮化系统（LED照明装饰灯具），各种公共场合显示应用系统（视频LED广告屏，LED文字条屏，LED全彩屏），体育场馆应用系统（LED计时计分牌及LED照明灯），舞台剧院显示系统（演出LED屏及舞台LED灯光），交通诱导系统（LED诱导屏）等。

2发光原理

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。led是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以led的抗震性能好。

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。

3光源的特点

1. 电压：led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，实现红黄绿兰橙多色发光。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，几只led的价格就可以与一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。

4LED系统设计特性

设计指导思想和设计原则：系统设计及主要设备选型选用国外知名成熟品牌；辅助材料选用国内优质名牌产品，以先进、合理、成熟、安全、稳定、可靠、高效和高性能价格比以及易扩展、易管理为原则，建立一个统一、完整、先进、高可靠性和高安全性的LED显示体系。

兼容性：

系统的整体设计充分考虑与LED显示管理其他系统的数据接口，控制系统和前端设备具备良好的互联性、互操作能力和升级能力。整个系统按照开放式结构建设，系统提供强大的扩充性，新系统能够顺畅接入现有系统，原有系统的运行模式和联网方式不会受到影响，能够充分、全面地保持原有系统的一致性和完整性，系统兼容性强，扩充过程平滑、易行。

先进性：

充分考虑现阶段显示和通讯技术的发展水平，首选国内外市场上主流的、通用的、成熟的、稳定的设备和技术，并能通过硬件的扩展和软件的升级，保持系统的先进性。

可靠性：

系统设备的硬件以及操作系统具有很好的安全机制，设备能够在正常环境下稳定地运行，且在运行中可自动实现工作设备的相互替换，而不影响前台的应用。系统安全可靠，系统设计充分考虑了原有信息管理网络及原有设备的安全。

标准化：

本系统在设计过程中，通过对系统需求的详尽分析和对相关各项标准、规范的深度理解，使得本系统能够严格遵循相关的国际标准、国家标准和行业标准及规范，贴合用户需求并符合未来发展趋势。

实用性：

本系统在满足LED显示系统使用要求的前提下，力求深度挖掘系统实用性，尽量降低工程成本，选择性能价格比高的技术方案和产品。在设备选型上，主要产品选用国内外先进成熟的产品，在保证质量前提下辅材选用国内外合资产品，争取以最小的投资，获得最大的收获。

易用性：

系统功能齐全，能充分满足LED显示的需要，易于学习，便于操作。系统建成后可通过网络和不同授权进行远程控制。在系统中，采用灵活的操作、汉字化界面、中文菜单，操作人员经过简单培训就可以熟练操作系统。

可扩展性：

系统中心控制设备采用模块化设计，可以随着系统的扩展而增加相关模块。所采用控制系统可以进行免费的软件升级；可以通过通讯网络联成一个完整系统，使系统能方便的实现功能的扩展。

适度超前：

当前科学技术发展十分迅速，而且，随着应用的不断增长，对系统资源（包括系统处理速度、容量、网络）的要求会越来越大。因此，系统设计时，在保证技术先进性的基础上，适度超前。

5发展历史

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。

6应用

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。

汽车信号灯也是led光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于led响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

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。

7开发

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。