LED内部培训资料
深圳市轩博光电科技有限公司
2012-5
一、发光管
LED已有近30年的发展历程。20世纪70年代，最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此，LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各个部门和千家万户。到1996年，LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但是由于GaP和GaAsPLED具有寿命长、可*性高、工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点，因而一直受到使用者的青睐。
最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度（UHB）是指发光强度达到或超过100mcd的LED，又称坎德拉（cd）级LED。高亮度 A1GaInP和InGaNLED的研制进展得十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年，日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaAlP620nm橙色超高亮度LED，1992年，InGaAlP590nm黄色超高亮度LED达到实用化。同年，东芝公司研制的InGaA1P573nm黄绿色超高亮度LED的法向光强达2cd。1994年，日本日亚公司研制成InGaN450nm蓝（绿）色超高亮度 LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。
1、1常规发光颜色与制作管芯材料对应关系
GaAlAs——亚铝砷化镓GaP——磷化镓CaN——氮化镓波长单位——nm（纳米）
1、2发光管亮度选择原则
1、3超高亮度LED的结构及性能
超高亮度红A1GaAsLED与GaAsP GaPLED相比，具有更高的发光效率，透明衬底（TS）A1GaAsLED（640nm）的流明效率已接近 10lm/W，比红色GaAsP GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的颜色与GaAsP GaPLED相同，包括绿黄色（560nm）、浅绿黄色（570nm）、黄色（585nm）、浅黄（590nm）、橙色（605nm）、浅红（625nm）、深红（640nm）。 InGaAlPLED吸收衬底（AS）的流明效率为101m/W，透明衬底（TS）为201m/W，在590nm～626nm的波长范围内比 GaAsP GaPLED的流明效率要高10倍～20倍；在560nm～570nm的波长范围内比GaAsP GaPLED高出2倍～4倍。超高亮度InGaNLED提供了蓝色光和绿色光，其波长范围：蓝色为450nm～480nm，蓝绿色为500nm，绿色为520nm；其流明效率为 3m/W～151m/W。对于许多应用，白炽灯都是采用滤光片来得到红色、橙色、绿色和蓝色，而用超高亮度LED则可得到相同的颜色。近年，用AlGaInP材料和 InGaN材料制造的超高亮度LED将多个（红、蓝、绿）超高亮度LED 芯片组合在一起，不用滤光片也能得到各种颜色，包括红、橙、黄、绿、蓝，目前其发光效率均已超过白炽灯，正向荧光灯接近。发光亮度已高于1000mcd，可满足室外全天候、全色显示的需要，用LED彩色大屏幕可以表现天空和海洋，实现三维动画。新一代红、绿、蓝超高亮度LED达到了前所未有的性能。
1．4常用术语
A、LED Light Emitting Diode。发光二极管。
B、SMD LED surface-mount device LED。表面粘着型LED。
C、GaP 磷化镓。
磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。GaP是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为LED主要使用材料之一。
D、GaN 氮化镓。
氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。GaN使MOVPE制作技术，可制作高亮度纯蓝光LED及纯绿光LED，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。MOVPE虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作GaN蓝光LED其中仍须相当的专业知识、经验和技巧
E、AlInGaP 磷化铝铟镓。
AlInGaP此材料是近年来用在高亮度LED之制造上较新的材料，使用MOVPE磊晶法制程。目前世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国HP、日本Toshiba、台湾国联光电。
F、AlGaAs 砷化铝镓。
为GaAs和AlAs的混晶。AlGaAs适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以LPE磊晶法量产，但因需制作AlGaAs基板，技术难度高。
G、双基色显示屏：tow basic color LED panel 由红、绿、蓝三基色中的任意两基色LED器件组成
的LED显示屏。
H、全彩色LED显示屏：full-color LED panel 由红、绿、蓝三基色LED器件组成的LED显示屏。
I、亮度：brightness LED显示屏单位面积上的发光强度。单位：坎德拉/米2（CD/M2）。
J、灰度等级：gray scale LED显示屏同一级亮度中从最暗到最亮之间能区别的亮度级数。
K、像素：pixel LED显示屏的最小成像单元。
L、像素中心距离精度：precision of dot pitch LED显示屏像素中心距实测值与标称值差的绝对值与标称值之比。
M、显示模块：display module 由若干个显示像素组成的，结构独立组成LED显示屏的最小单元。N、显示模组：display module group 由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED示屏的独立单元。
O、平整度：level up degree 发光二极管、像素、显示屏模块、显示模组在组成LED显示屏平面时的凹凸偏差。
P、最大亮度：maximum brightness 在一定环境照度下，LED显示屏各基色在最高灰度级、最高亮度时亮度。全彩色LED显示屏还包括白平衡状态下的亮度。
Q、视角：viewing angle 观察方向的亮度下降到LED显示屏法线方向亮度的二分之一时，同一平面两个观察方向与法线方向所成的夹角。分为水平视角和垂直视角。
R、最高对比度：maximum contrast ratio 在一定环境照度下，LED显示屏最大亮度和背景亮度的比S、换帧频率：refresh frame frequency LED显示屏画面信息的频率。
T、刷新频率：refresh ratio LED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数。
二、屏体技术指标
室内屏技术指标
三、电源、开关、电源线
3、1常用电源列表
3．2配电容量：
LED显示屏的配电容量的计算方法是：显示面积×每平米最大功耗×1.3
户内的每平米最大功耗已在表中列出，现对户外的功耗计算方法说明如下：
目前户外显示驱动一般为静态驱动，只要算出每个像素点的功耗即可得出总功耗，如以户外3906、2红为例：
工作电压5V，LED灯点亮电流为20mA，2个红灯串联，绿灯与红灯并联，
每像素功耗= 5(V)×0.02(A) = 0.1 W
每平米最大功耗= 3906（3906像素/平米）×0.1(W) = 390.6 W /平米
则换算如下：
3906单色静态：390W/ m2
显示屏功耗换算表
注：1/4、1/8、1/16扫的功耗分别是静态功耗的1/4、1/8、1/16计算；
3．3交流线粗细计算：
铜芯线的安全负荷：800W/mm2
如计算显示屏负荷为1500W，则需截面面积为2mm2的铜芯线
3．4配线说明
一般LED显示屏的配线只有两种：电源线和信号传输线。其中电源线一般为220V，50HZ交流电，要求有三根线：火线、零线、地线，线粗细视配电容量而定。
工程安装中要求显示屏金属外框要与交流地线连接，以防静电和人员安全。
对于户外显示屏，要求金属外框与大地接触良好，以达到防雷目的。
传输线视不同类型的显示屏而定，如下表
布线要求电源与信号线分开，电源线要求有线槽或线管外套，绝缘良好。
信号线也应有线槽或线管外套保护。
当显示屏功耗比较大时，因启动时可能有火花出现，要求进行两级控制，即通过交流接触器来控制接通和断开，另加空气开关保护。
对于功耗比较小的屏幕，交流电源开关要求使用漏电开关。
四、全球知名LED制造商简介
1、NICHIA 日亚化工（株）
日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位。在蓝色、白色LED 市场遥遥领先于其他同类企业。它以蓝色LED的开发而闻名于全球，与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。它的荧光粉生产在日本国内市场占据70％的比例，在全球则占据36％的市场份额。荧光粉除了灯具专用的以外，还有CRT专用、PDP专用、X光专用等类型，这成为日亚化工扩大LED 事业的坚实基础。除此以外，日亚化工还生产磁性材料、电池材料以及薄膜材料等精细化工制品，广泛地涉足于光的各个领域。
在该公司LED的生产当中，70％是白色LED，主要有单色芯片型和RGB三色型两大类型。此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝色LED和紫外线LED两种产品的厂商。以此为基础，日亚化工不断开发出新产品，特别是在SMD （表面封装）型的高能LED方面，新品层出不穷。
以蓝色、白色LED市场的扩大为起爆剂，日亚化工的总销售额也呈现出逐年上升的势头，由1996年的290亿日元增长到2003年的1810亿日元。这期间，荧光粉的销售额每年基本稳定在300亿日元左右。到2003年，LED相关产品的销售额已经占了总销售额的85.1％，为1540亿日元。2003年全球LED市场约为6000亿日元，因此，日亚化工占据了约25％的全球市场份额。
2、CREE （可瑞）
Cree公司建于1987年，位于美国加利福尼亚洲。研制开发并生产基于碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、硅（Si）和相关化合物的材料与设备。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光LEDs，近紫外激光、射频和微波半导体设备，电源转换设备和半导体集成芯片。这些产品的目标应用包括固态照明、光学存储、无线基础和电路转换等。公司的大部分利润来自于LED产品和SiC、GaN材料的生产，产品销往北美、欧洲和亚洲。
3、OSRAM （欧司朗）
OSRAM是全世界最大的两个照明生厂商之一。建于1919年，最大的股东为Siemens AG，总部位于慕尼黑，在全世界拥有超过36,000的员工。OSRAM 商标早在1906年注册，到目前为止是世界公认的历史最悠久的商标名称之一。OSRAM 已经从一个传统的灯泡厂商发展成为一个照明领域的高科技公司。2004财年的销售额达到42亿欧元，服务于140多个国家的个人客户和19个国家的50多家厂商。目前，公司大约有三分之一的收入来自于光电半导体和LED，长期来看，这个数字还将上升到50% 。
4、Toyoda Gosei丰田合成（株）
Toyoda Gosei 丰田合成,总部位于日本爱知,生产汽车部件和LED,LED约占收入10%,
丰田合成与东芝所共同开发的白光LED,是采用紫外光LED与萤光体组合的方式,与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同.
5、Agilent安捷伦
作为世界领先的LED供应商,其产品为汽车、电子信息板及交通讯号灯、工业设备、蜂窝电话及消费产品等为数众多的产品提供高效、可靠的光源.这些元件的高可靠性通常可保证在设备使用寿命期间不用再更换光源.安捷伦低成本的点阵LED显示器、品种繁多的七段码显示器及安捷伦LED光条系列产品都有多种封装及颜色供选择
6、TOSHIBA 东芝半导体
东芝半导体是汽车用LED的主要供货商,特别是仪表盘背光,车子电台,导航系统,气候控制等单元.使用的技术是InGaAlP,波长从560nm(pure green)到630nm(red).近期,东芝开发了新技术 UV+phosphor(紫外+荧光),LED芯片可发出紫外线,激发荧光粉后组合发出各种光,如白光,粉红,青绿等光.
7、LUMILEDS
创建于1999年，Lumileds照明是世界著名的LED生产商，在包括自动照明、计算机显示、液晶电视、信号灯及通用照明在内的固态照明应用领域中居领先地位。公司获得专利的Luxeon是首次将传统照明与具有小针脚、长寿命等优点的LED相结合的高功率发光材料。公司也提供核心LED材料和LED封装产品，每年LEDs的产品达数十亿只，是世界上最亮的红光、琥珀光、蓝光、绿光和白光LED 生产商。公司总部在加利福尼亚州的圣荷塞，在荷兰、日本和马来西亚有分支机构，并且拥有遍及全球各地的销售网络。
Lumileds的前身是40年前惠普公司的光电子事业部。是惠普的专家们从无到有创建的。到了90年代后期，在意识固态发光的前景后，惠普和当时世界上最大的照明设备公司之一的飞利浦公司开始了如何一起发展最新的固态照明技术并引入市场的计划。1999年惠普公司一分为二，她的光电子事业部被安捷伦技术公司收购，同年11月，巨大的市场潜力促使安捷伦和飞利浦组成了Lumileds 公司，赋予其开发世界上亮度最大的LED发光材料的使命，并向市场推广。今天的Lumileds，作为一个安捷伦科技和飞利浦照明的合资公司，继续领导着世界固态照明产业的发展。
8、SSC
首尔半导体乃韩国最大的LED环保照明技术生产商,并且是全球八大生产商之一(资料来源:Strategies Unlimited--LED市场研究公司).首尔半导体的主要业务乃生产全线LED组装及定制模组产品,包括采用交流电驱动的半导体光源产品如:Acriche、侧光LED、顶光LED、切片 LED、插件LED及食人鱼(超强光) LED 等.产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中.
9、GELcore
GELcore是GE照明与EMCORE公司的合资公司，创建于1999年1月，总部位于美国新泽西州。公司致力于高亮度LED产品的研发和生产。通过把GE先进的照明技术、品牌优势和全球渠道与EMCORE权威的半导体技术相结合，GELcore已经在转变人们对照明的认识过程中扮演了重要的角色。GELcore现有的产品包括大功率LED交通信号灯、大型景观灯、其他建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合，GELcore加快了LED 技术的应用并创造了世界级的LED系统。另外，GELcore还利用独特的客户管理系统来和那些LED专家和产品应用客户保持长期的友好关系。
10、大洋日酸
大洋日酸公司的有机金属气象化学沉淀技术的研究和开发可以追溯到1983年，在日本80年代整个化合物半导体工业革命大背景之下产生。大洋日酸研发了一系列高纯度气体如AsH3, PH3 和 NH3 的专业应用技术，以及用于生产LED和LED 产品的MOVPE设备。大洋日酸还开发了用于吸收这些应用产生的大量废气的净化系统，并使之商品化。到目前为止，大洋日酸已经为从研发机构到生产厂商等有着不同需求的客户提供了超过450台的MOCVD设备。其中大洋日酸的GaN-MOCVD SR 系列，包括SR-2000 和 SR-6000是专门为蓝色镓氮LED、半导体激光和电子设备的研究和生产而设计。
11、台湾
台湾LED心片公司：
元砷光电、晶元光电、国联光电、胜阳光电、
李洲科技、亿光科技、晶电光电、光磊科技；
附录1
串联通讯使用简要常识
在计算机通讯中，串联通讯其连线简洁和使用方
便，因此在通讯数据量不多的场合多采用串联通讯。
通常计算机有两个串口：COM1、COM2
，其与外界连接通过DB9插头连接，通常与外界连接只使用三根线，定义如图1：
3—对地（5脚）的电压在没有数据转送情况下有—8V ～—10V ，如有数据传输，则电压有变化，用数字表可以测出。 电平转换IC ：ICL232
ICL232平转换芯片的功能是：把RS232信号与TTL 信号进行转换，其工作电压为单5V 供电，连接功能图如图10：
8 — 接计算机DB9发送端（第3脚）；7 —接计算机DB9接收端（第2脚）；地线与计算机DB9信号地连（第5脚）。
当8脚接DB9第3脚有-8~-10V 电压时，ICL232第9脚有4.5~5V 电压，当有数据从计算机发送时，ICL232第8脚有电压变化，输出第9脚也相应有电压变化。
如ICL232第10脚接有TTL 数据端，则其第7脚有 —8V ~ —10V 电压（对地）。
１、 RS485—TTL 电平转换芯片
常用的RS485通讯IC 有SN75176、MAX487E 等，其管脚及功能是兼容的，其引脚定义如图11：
其中 1—脚为数据接收端（TTL 电平）；2、3脚为控制端，一般连接在一起，当2、3脚接低电平时，为接收数据，反之则发送数据；4—脚为数据发送端（TTL 电平）；5—接地；6、7为
图9
图10
图11
信号连接引脚；8—接5V电压。
图12
通常在通讯末端要接一个120Ω的匹配电阻，抵消反射信号，增加抗干扰，常见的连接方式如图13所示：
图13
在多点通讯中，要把各点的6、7脚分别并联在一起，主干线要求用双绞线，各分点到干线的距离要尽量短。在实际应用中，在无中继情况下，最多可连接128点，理论通讯距离为1200m。
附录2
显示屏常用IC功能表
3、双向总线发送器74HC245
图14
图15
图16
4、8位移位寄存器（有输出锁存） 74HC595
5、行驱动IC Si4953、CEM4953、AO4801
一般情况下，每组的S （1、3引脚）接VCC ，G （2、4引脚）为输入端，
D （5、6、7、8）为输出端。
6、附录2中表格里的 H --- 表示高电平 L --- 表示高电平 ×--- 表示任意状态 ↑--- 表示脉冲上升沿 ↓--- 表示脉冲下降沿 Z --- 表示高阻状态
附录3室内双色屏显示单元板信号连接图
图17
图18
附录4 扩展板到显示体20芯偏平线输出口定义
说明：1、行驱动芯片也可用4953代替4801；
2、红、绿数据分开处理，HC595分开驱动。 图19
图20
附录五
显示单元板常见故障处理
附录六
LED显示屏（LED电子显示屏）常用术语解释
1、LED：Light emitting diode LED是发光二极管的英语文缩写
2、LED显示屏：LED panel 通过定的控制方式，由LED器件陈列组成的显示屏幕
3、双基色显示屏：tow basic color LED panel 由红、绿、蓝三基色中的任意两基色LED器
件组成的LED显示屏。
4、全彩色LED显示屏：full-color LED panel 由红、绿、蓝三基色LED器件组成的LED显
示屏。
5、亮度：brightness LED显示屏单位面积上的发光强度。单位：坎德拉/米2（CD/M2）
6、灰度等级：gray scale LED显示屏同一级亮度中从最暗到最亮之间能区别的亮度级数。
7、像素：pixel LED显示屏的最小成像单元
8、像素中心距离精度：precision of dot pitch LED显示屏像素中心距实测值与标称值差的绝
对值与标称值之比。
9、显示模块：display module 由若干个显示像素组成的，结构独立组成LED显示屏的最小
单元。
10、显示模组：display module group 由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED
示屏的独立单元
11、平整度：level up degree 发光二极管、像素、显示屏模块、显示模组在组成LED显示屏
平面时的凹凸偏差。
12、最大亮度：maximum brightness 在一定环境照度下，LED显示屏各基色在最高灰度级、
最高亮度时亮度。全彩色LED显示屏还包括白平衡状态下的亮度。
13、视角：viewing angle 观察方向的亮度下降到LED显示屏法线方向亮度的二分之一时，
同一平面两个观察方向与法线方向所成的夹角。分为水平视角和垂直视角
14、最高对比度：maximum contrast ratio 在一定环境照度下，LED显示屏最大亮度和背景
亮度的比
15、换帧频率：refresh frame frequency LED显示屏画面信息的频率
16、刷新频率：refresh ratio LED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数。
LED单元板相关知识问答：
1、什么是单元板的分辨率？
2、LED显示屏模组规格：指的是点数，就是模组的（宽）横向多少颗灯，高多少颗灯
3、模组尺寸：指的就是尺寸啦，160*160就是160毫米*160毫米的尺寸
4、把红色和绿色的 LED 放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种 LED 管
放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。
5、LED显示屏的像素尺寸：制作室内 LED显示屏的象素尺寸一般是 2-10 毫米，常常采用把几种能产生不
同基色的 LED 管芯封装成一体，室外 LED显示屏的象素尺寸多为 12-26 毫米，每个象素由若干个各种单色 LED 组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒一般由 3 红 2 绿组成，三色象素筒用 2 红 1 绿 1 兰组成。
6、显示屏的灰度等级：无论用 LED 制作单色、双色或三色屏，欲显示图象需要构成象素的每个 LED 的发
光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般 256 级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而 16 级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。所以，彩色 LED显示屏当前都要求做成 256 级灰度的。
7、应用于显示屏的 LED 发光材料有以下几种形式：
⑴LED 发光灯(或称单灯)：一般由单个 LED 晶片，反光碗，金属阳极，金属阴极构成，外包具有透光聚光
能力的环氧树脂外壳。可用一个或多个（不同颜色的）单灯构成一个基本像素，由于亮度高，多用于户外显示屏。
⑵LED 点阵模块由若干晶片构成发光矩阵 , 用环氧树脂封装于塑料壳内。适合行列扫描驱动，容易构成高
密度的显示屏，多用于户内显示屏。
⑶贴片式 LED 发光灯( 或称 SMD LED) 就是 LED 发光灯的贴焊形式的封装，可用于户内全彩色显示屏，可
实现单点维护，有效克服马赛克现象。
8、LED显示屏分类
LED 显示屏分类多种多样，大体按照如下几种方式分类：
（1）按使用环境分为户内 , 户外及半户外
户内屏面积一般从不到 1 平米到十几平米 , 点密度较高，在非阳光直
射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能
力。户外屏面积一般从几平米到几十甚至上百平米，点密度较稀 ( 多为