LED结构图如下图所示
5.电子技术第8章-电子显示器17
8.1 发光二极管（LED）显示器 发光二极管LED（Light-Emitting Diode）是由 电能转换为光能的一种半导体器件。 当在LED两端加上正向电压时，半导体中的自 由电子与空穴发生复合，电子将多余的能量以 光子的形式释放出来，产生电致发光现象。发 光颜色与构成其基底的材质元素有关。例如， 磷砷化镓（GaAsP）发红光，磷化镓（GaP）发 绿光，氮化镓（GaN）发蓝光，而砷化镓（GaAs） 发出不可见的红外线光等。
（2）LED的并联接法 • 图4.1-5是LED的并联接法。图4.1-5（a）所示的简 单并联电路结构简单，驱动电压低，但需要考虑各 LED中的电流是否均衡。图4.1-5（b）所示的独立匹 配并联电路解决了均流问题，可靠性高，单个LED的 保护功能完善，但电路复杂，体积大，成本高，不 适用于LED多的场合。
3．LED显示器 • 发光二极管可以用作光源发生器、显示器，或信 号灯和刻度显示。这里只对LED作为显示器的应用 作简单介绍。 • 多个LED相互组合起来，可以 组成一个显示区域，按不同的 控制，各LED可分别发光以显 示出不同的符号（字母、数字、 特殊符号等）。如图是一块 5×7的LED显示器，图中显示 的是字母“A”。
• 如果只需要显 示数字，则可 以采用分段显 示器，常用的 分段显示器为7 段数码显示器， 如图所示。
• 磷砷化镓（GaAsP）显示单元具有使用寿命长、 读出角度大（约为150°）和视差小等优点， 其缺点是损耗功率比较大。在飞机上可以用 LED显示器代替机械指针式仪表进行数字显示。
4.1.2
LED的驱动电源
• 图8.1-10所示是变压器隔离驱动电路，该电路的 优点是简单，成本低，但由于限流电阻上消耗的 功率较大，导致用电效率低，且LED中的电流稳 定度较低，仅适用于小功率LED驱动电路。
基于S7 -200 SMART CPU ST20控制两个信号灯循环
一、任务要求用西门子S7-200 SMART CPU ST 20 PLC 实现两个信号灯以1s 的时间循环闪烁。
二、总体设计思路系统采用软件和硬件两部分组成。
硬件采用的时模块化设计，主要时通过以PLC 为控制核心，与LED 信号灯模块组成LED 信号灯控制系统。
其LED 信号灯硬件组成结构框图如图 2-1 所示。
图2-1 LED 信号灯硬件设计组成结构图系统软件设计采用模块化程序设计，根据设计主要内容以及硬件电路的设计思想来进行设计，主要由I/O 分配表、编制程序组成，其LED 信号灯软件设计结构框图如图 2-2 所示。
图2-2 LED 信号灯软件设计结构框图可编程控制器电源模块按钮模块LED 信号灯模块I/O 分配表控制流程编制程序三、硬件设计1、S7-200 SMART PLC介绍PLC类型包括很多个系列，而S7-200 SMART PLC是西门子公司针对中国的OEM（小型自动化）市场研发的新一代小型PLC产品，是作为S7-200 CN的升级产品，全面覆盖并超越了S7- 200 CN。
它与SMART LINE触摸屏、SINAMICS V90司法系统和SINAMICS V20变频器完美整合，无缝集成，为使用者带来了高性价比的中小型自动化设备解决方案。
由于西门子S7-200 SMART和西门子S7-1200/1500系列PLC用的编程软件并不是同一个软件，互相并不能兼容，对于西门子方向的技术工程师来说对西门子S7-200 SMART是必须要掌握的。
对于中国的制造业而言，中小型制造业工厂是比较多的，而S7-200 SMART PLC对小设备而言相对开发周期短，功能点少，性能设计要求没有那么高。
所以很多的中小型自动化设备公司都拿它来开发各种各样的自动化设备，而且S7-200 SMART的编程软件并不像西门子TIA博途，它小巧精干，安装方便、快速，启动速度快，提供更多向导，编程高效，融入了更多人性化设计，且无缝集成V90 V-Assistant伺服配置工具，是开发小设备的不二之选。
LED平板灯结构
4.反射膜 ： 材质：RW188 (丽光ELS188） 尺寸： 556mm*556*0.18mm 其作用：用于反射
5.扩散膜 ： 材质：上扩散（SKC-153NT/0.21) 下扩散 （SKC-283NT/0.23) 尺寸： 595.4*595.4*0.21/0.23mm 其作用：1.可使光源均勻扩散可增加20％亮度
U型棱片
2.LED灯条（其组成：LED+PCB+端子接线）
a.LED亮度2800-3200mcd 有冷光（5000-7000k)暖光（3000-4000k)之分. b.PCB材质：铝基板 1060 553*8*1.6mm 其主要优点是散热性能好。 c.线组：UL3239 26号线
3.导光板（PMMA+网点） 尺寸：558.2*558.2*6mm. 材质：PMMA又名为压克力。 透光率：92％以上 其作用：利用导光板网点（如右图所示） 全面反射原理， 把LED的线光变成面光.
2.可让光源折射一个角度
3 .可遮住网点，及吸顶灯表面之缺点
6.扩散板 ： 材质：PMMA 尺寸： 556.8*556.8*2mm 其作用：1.可遮住网点，及吸顶灯表面之缺点. 2.防尘
7.吊定片： 材质：SPCC/1mm 表面处理：烤银漆 尺寸：23.5*10*1mm 其作用：螺孔定位
8.电源外壳： 材质：SPCC/0.6mm 表面处理：烤银漆 尺寸：220*160*45.3mm 其作用 3.保丽龙 4.吸顶灯 5.外箱
筒灯样图
参 数： 尺寸：Φ50×48mm 颜色：暖白、正白 光源：LED LED 数量：1 粒/3 粒 外壳：铝合金 透镜角度：30°～40° 工作电压：AC12V/DC12V 额定功率：1W/3W/5W 适用温度: -40℃～70℃
8x8点阵LED显示键盘输入字母A~F.
课程设计报告课程设计名称：微机原理与接口技术系别：三系学生姓名：缪广东班级：10计本（1）学号：20100303130成绩：指导教师：巫宗宾开课时间：2012—2013 学年 1 学期一．设计题目LED显示系统设计二．主要内容课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。
它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一个重要教学环节。
通过课程设计，要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。
让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。
通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。
通过课程设计实践，不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。
在课程设计时，1人一组，设计报告由学生独立完成，不得互相抄袭。
教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。
学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。
学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。
学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。
LED平板灯结构
2.可让光源折射一个角度
3 .可遮住网点，及吸顶灯表面之缺点
6.扩散板 ： 材质：PMMA 尺寸： 556.8*556.8*2mm 其作用：1.可遮住网点，及吸顶灯表面之缺点. 2.防尘
7.吊定片： 材质：SPCC/1mm 表面处理：烤银漆 尺寸：23.5*10*1mm 其作用：螺孔定位
8.电源外壳： 材质：SPCC/0.6mm 表面处理：烤银漆 尺寸：220*160*45.3mm 其作用：用于保护电源板以及防尘.
11.M2.0公制圆头螺丝： 材质：不锈钢 尺寸：M2.0*4mm 其作用：用于固定灯条.
13. 驱动板： 参数： IN：24V OUT:4路24v/0.3A恒流输出. 线组：1015 UL认证）. 尺寸：127*76*42mm 参数：IN：AC90-240V/4A/65 OUT:DC24v. 功率：65W
1.纸板 2.PE胶袋 3.保丽龙 4.吸顶灯 5.外箱
筒灯样图
参 数： 尺寸：Φ50×48mm 颜色：暖白、正白 光源：LED LED 数量：1 粒/3 粒 外壳：铝合金 透镜角度：30°～40° 工作电压：AC12V/DC12V 额定功率：1W/3W/5W 适用温度: -40℃～70℃
4.反射膜 ： 材质：RW188 (丽光ELS188） 尺寸： 556mm*556*0.18mm 其作用：用于反射
5.扩散膜 ： 材质：上扩散（SKC-153NT/0.21) 下扩散 （SKC-283NT/0.23) 尺寸： 595.4*595.4*0.21/0.23mm 其作用：1.可使光源均勻扩散可增加20％亮度
U型棱片
2.LED灯条（其组成：LED+PCB+端子接线）
a.LED亮度2800-3200mcd 有冷光（5000-7000k)暖光（3000-4000k)之分. b.PCB材质：铝基板 1060 553*8*1.6mm 其主要优点是散热性能好。 c.线组：UL3239 26号线
点阵式LED“0~9”数字显示
点阵式LED“0~9”数字显示摘要：简要介绍51单片机的主要性能、内部结构及其各引脚功能，概述其应用原理。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。
简述点阵式LED工作原理、内部结构及其应用，并通过89C51单片机和点阵式LED进行显示“0~9”的设计。
关键字：51单片机点阵式LED “0~9”数字显示Abstract:Briefly the main properties of 51 single chip, the internal structure and function of each pin, an overview of the application principle. MCS-51 microcontroller is a U.S. INTEL company launched products in 1980, compared with the MCS-48 microcontroller, and its structure is more advanced and more powerful, based on the increase in the original circuit units and more instructions, instructions up to 111, MCS-51 microcontroller products can be quite successful, until now, MCS-51 series or compatible microcomputer application is still the mainstream product. Dot Matrix LED briefly the working principle of the internal structure and its applications, and by 89C51 And Dot Matrix LED to display "0 9" design.Keyword:51 Microcontroller Dot Matrix LED "0 ~ 9" digital display目录1. 51单片机------------------------------------------------------------------------------------------41.1 51单片机简介-----------------------------------------------------------------------------41.2 89C51单片机的封装及引脚功能----------------------------------------------51.3 89C51单片机的内部结构----------------------------------------------------------72. LED点阵-------------------------------------------------------------------------------------------92.1 8X8 LED点阵结构图-----------------------------------------------------------------92.2 相关知识------------------------------------------------------------------------------------102.3 8X8 LED工作原理--------------------------------------------------------------------113. 电路设计------------------------------------------------------------------------------------------113.1 电路原理图---------------------------------------------------------------------------------113.2 点阵与单片机的连接----------------------------------------------------------------124. 程序设计-----------------------------------------------------------------------------------------124.1 数字“0~9”点阵显示代码的形成----------------------------------------------124.2 程序代码------------------------------------------------------------------------------------165. 电路PCB图及其3D图--------------------------------------------------------------186. 总结--------------------------------------------------------------------------------------------------207. 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------20一、51单片机1.1 51单片机简介MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：·8位CPU·4kbytes 程序存储器(ROM)·128bytes的数据存储器(RAM)·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令·21个专用寄存器·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。
解决方案：大尺寸超薄侧光式LED背光源设计
解决方案：大尺寸超薄侧光式LED背光源设计引言液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LED显示屏的内容，需要一定的白光背光源。
背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助组件构成。
传统的背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸气。
LED背光源色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护。
就驱动电路而言，传统的CCFL背光驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱动电压，利用专门的逆变器才能驱动起来。
而LED可以低电压工作，响应速度快，控制较为方便。
近年来LED被逐渐引入到现有的液晶显示技术中，背光源非常有可能成为下一个被LED垄断的产业。
LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段，性能要远远优于CCFL背光源。
目前，LED背光源已经在中小尺寸面板中普及，如手机、数码相框等，随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视。
背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。
直下式背光源，直接把LED光源放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后，成为面光源发射出来，直下式背光源需要一定的混光距离。
而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。
1 结构设计本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构，整个结构包括：LED灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。
背光源采用白光LED，整个结构设计以Active Area的中心点为所有部件的设计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其它尺寸。
综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计。
结构设计先从UⅣOUT布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系，然后着手零件图结构设计。
上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长。
发光二极管(LED)
1.LED结构
LED由具有光电特性的半导体材料组成的PN结（通常是异质结） 构成。当PN结处于平衡状态时，在结处形成了势垒。在PN结 上施加正向偏置电压时，势垒下降，多数载流子向相对区域扩 散加强，形成正向电流。多数载流子扩散到相对区域后，与该 区域的异性载流子复合，产生自发辐射光。LED分面发射和边 发射两种结构 。
c
ch
（5.10）
由此可以看出，LED 的谱宽是温度 T 的函数。
3.LED的调制特性
P
t
Ib
I
t
图5.8 LED的P-I曲线及正弦调制特性
LED 的调制响应带宽受复合寿命 r 的影响，可以证明其关系为
3dB
1
r
(5.11)
r 由材料特性和平衡状态下的空穴密度 p0 确定，即有关系式：
r
1 Br p0
(a) 面发射双异质结LED结构示意图
电极
P+-GaAs p-AlGaAs n-AlGaAs n+-GaAs （衬底）
(b)
(b) 边发射双异质结LED结构示意图
金属化 接触 SiO2
光输出
金属化 接触 热沉 （电 极）
2.LED的工作原理
LED 的工作原理可以用简单的速率方程描述，它可表示为：
d(n) J nБайду номын сангаас
dt qd r
（1/m3s）
(5.5)
其中 n n n0 ， n 为电子密度（1/m3）， n0 为无电流情况下平
衡状态时的电子密度；J , q 分别为电流密度（ A/m2）和电子电荷；
d 为复合区厚度； r 是复合时间。
速率方程右端第一项为注入电流引起的电子密度的增加，第二项即 复合引起的电子密度的减少。在稳态情况下， d(n) / dt 0 ，则
LED显示屏的组成
LED显示屏的组成姓名：彭兵学号：0809131070班级：08通信工程一 LED显示模块结构LED显示屏通常由若干LED点阵显示模块组成，用于显示的8x8单色LED 显示点阵模块，每块有64个LED。
为了减少引脚且便于封装，LED显示点阵模块采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示LED 。
8X8 LED点阵的外观及引脚如图1，等效电路图如图2所示。
LED点阵显示模块的显示一般采用动态扫描驱动方式，每次最多只能点亮一行LED。
微处理器通过和驱动器的协同工作来完成对每一个LED点阵显示模块内每个LED显示点的亮、熄灭控制操作。
图1 8*8点阵外观及引脚图图2 8*8点阵等效电路二 LED 显示系统的构成LED 显示屏主要包括发光二极管构成的点阵或像素阵列、驱动电路、控制系统和传输接口以及相应的应用软件构成，如图3所示。
图3 LED 显示系统构成2.1 驱动电路LED 显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号，使LED 阵列按要求点亮。
(1)从采用的器件来分有常规型、专用型及功能型: 输出接 口电路 输入接 口电路 信号控制、转换 LED 显示屏 行列驱动控制系统PC 机常规型驱动电路是采用通用的集成电路，如74HC154,74HC595, 74LS374等作为数据装载的主要器件。
这种设计，原理简单，价格便宜，且几乎不受器件来源的限制，是目前较为广泛的应用形式。
专用型驱动电路，是国内一些有实力的LED显示屏制造厂家，通过先进的技术手段，研究开发出的适合自己产品的专用LED显示屏驱动IC。
国外的许多IC制造商也在跟踪这个市场，纷纷推出一些新的驱动IC。
这些专用型的驱动IC，有的比较简单，仅仅是提高了原来通用型驱动IC的集成度或驱动能力;有的则比较复杂，是根据自己的产品特点开发出来的。
功能型驱动集成电路是在专用型驱动IC的基础上发展起来的。
它不仅可以使显示屏的功能增强，而且还大大简化了系统设计的复杂程度，提高了LED显示屏的整体稳定性，是LED显示屏驱动电路的发展趋势。
LED实验报告
实验室开放项目实验报告实验项目名称：基于单片机的LED点阵显示屏的设计与实现实验室名称：电工电子实验教学中心实验人员：黄建伟 B08051128谢寒冰B08051130王跃超B08051108指导老师：张腾飞目录第一章前言第二章实验目的、内容及要求2.1 实验目的2.2 实验内容2.3 实验要求第三章背景信息第四章 LED屏幕介绍4.1 LED点阵介绍4.2 LED点阵模块介绍4.3 LED显字大屏介绍第五章 51单片机介绍5.1单片机概述5.2 89C52单片机介绍第六章开发环境keil简介6.1.系统概述6.2使用简介第七章下载软件STC_ISP简介7.1概述7.2.使用简介第八章更换汉字流程8.1.提取字模8.2码字（byte）高低位交换（使用VC6.0）8.3 编译、链接、运行、下载。
（使用keil、STC-ISP）第九章系统程序分析第十章Proteus 的使用介绍10.1 Proteus 6 Professional界面简介10.2操作简介第十一章仿真实现11.1 仿真用程序11.2 仿真结果实物开发附件：烧录LED程序第一章前言根据《南京邮电大学实验室开放管理办法》，为了充分发挥我校实验室的资源优势，进一步提高实验室利用率，促进实验教学改革，创造有利于培养具有国际竞争能力的高素质创新型人才的良好育人环境，为学生提供自主发展和实践锻炼的空间，激发学生的创新热情和创新意识，全面培养学生的科学作风、创新思维、创业能力和实践动手能力，促进社会服务，组织了实验室开放项目的申报、评审工作。
在结合自身情况，对选题进行调查和了解后，我选择并参与了基于单片机的LED点阵显示屏的设计与实现的实验项目。
现在我们以实验报告的形式来阐述我们的设计思想。
第二章实验目的、内容及要求实验目的：通过大学生实验创新环节来巩固和加深对嵌入式单片机系统的理解，熟练掌握LED点阵显示屏的设计和控制方法，具备嵌入式单片机控制系统软硬件调试和系统设计的开发技能。
2024届山东潍坊高三高考模拟训练物理卷
2024届山东潍坊高三高考模拟训练物理卷一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点。
如图所示为某LED射灯内部结构示意图，发光体封装在半径为R、折射率为n的半球形介质中，MN是其圆形发光面的直径，其圆心与半球的球心O重合，已知真空中的光速为c。
下列说法正确的是（ ）A．光在该介质中的传播速度为B．从O点发出的光在半球形介质中传播到球面所需要的时间为C．由发光面边缘M（或N）发出的光射出半球形介质时，与MN面垂直的光入射角最小D．为确保发光面发出的光第一次到达半球面时都不发生全反射，则该发光面的最大面积为第(2)题电子的发现，证实了（）A．原子是可分的B．原子核是可分的C．质子的存在D．中子的存在第(3)题一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（ ）A．频率小，发生全反射的临界角小B．频率大，发生全反射的临界角小C．频率小，发生全反射的临界角大D．频率大，发生全反射的临界角大第(4)题下列事实揭示出原子核具有复杂结构的是A．α粒子散射实验B．阴极射线发现C．天然放射现象D．光电效应现象第(5)题如图甲所示为一列波在时刻的波形图，该波传播方向沿x轴的正方向，质点A的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）A．该波的传播速度为B．时质点A将运动到处C．时，质点A的加速度达到最大且沿y轴负方向D．波形图表示多个质点在不同时刻的位移，振动图像表示多个质点在任一时刻的位移第(6)题北京时间2023年1月15日11时14分，中国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，以“一箭十四星”发射方式，成功将14颗卫星发射升空，所有卫星顺利进入预定轨道。
如图所示，火箭运行至P点时同时释放A、B两颗卫星，并分别将它们送入预定椭圆轨道1（A卫星）和椭圆轨道2（B卫星）。
LED的结构及发光原理(图)
一、LED的结构及发光原理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 emit- ting 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。
LED结构图如下图所示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。
.................................................................................二、LED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。
LED结构及原理讲述
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左：p-type large bandgap 材料 右：n-type large bandgap 材料
n-electrode要吃掉一部分累晶层区域，直到n型区域，将n型金属接触做在上面。
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此结构遇到一个问题：电流散不开，怎么办？ 电流都集中在p-contact下面，发出的光都在p-contact下面，是否可以加窗口 层？
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无法加很厚的窗口层。原因：蓝宝石基板和GaN晶格不匹配，在1000 度长完晶后，降温过程中，外延层开始弯曲，因此，上面的累晶层不能长太 厚，事实上，其总厚度大约在5um以下，蓝宝石的厚度在大约300-400um之 间；如果累晶层厚度超过10或20um，冷却后，弯到一定程度，累晶层就会 裂开，因此，无法长很厚的GaN 窗口层，要解决此问题，必须想其他办法。
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垂直芯片的制成
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垂直芯片剖析
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垂直LED制造的方法
制造垂直结构LED芯片有两种基本方法： 一、剥离生长衬底； 二、不剥离生长衬底 。
其中生长在砷化镓生长衬底上的垂直结构GaP基LED芯片有两种 结构：
一、不剥离导电砷化镓生长衬底：在导电砷化镓生长衬底上层 迭导电DBR反射层，生长 GaP 基LED外延层在导电DBR反 射层上。
LED横截面结构示意图
OLED工作原理
•光的颜色：取决于 发射层有机物分子 的类型。 •生产商会在同一片 OLED上放置几种有 机薄膜，这样就能 构成彩色显示器。 •光的亮度：取决于 施加电流的大小。 电流越大，亮度就 越高。
例题1
1.用LED光源作路灯，已知路灯高10米，灯距为16米，要 使两盏灯之间路面的照度为20lux，则每个LED灯的光通 量要多少lm？ 解：这里r=16/2=8m 因此 S=3.14×82=200m2 于是有：φ= E· s=20lux×200m2=40 00lm。 假设用每个φ为20lm的 功率LED来作这个灯的 光源，需要200个才能 满足要求。
防水，耐恶劣环境使用 ●多色显示,利用RGB可实现七彩色显示。 ●工作溫度穩定性好。 ●响应时间快,一般為毫微秒(ns)級。 ●冷光，不是熱光源。 ●電壓低,可以用太陽能電池作電源，
2.光电池用作检测元件
•任务：用光电池设 计一个光功率计？ •对光电池而言，Rl 近似等于0。图中， 光电池用作检测元件 使用时的电路如右图 所示。 •此 电 路 可 实 现 光 电 池 的 线 性 ： Vo= － 2RfIφ＝－2RfSφ。
•半导体光电材料的光吸收系数比金属要大得多；由于 体内自由电子少，散射能量损失小，所以它的量子效 率比金属大得多。 •半导体光响应波长延伸至可见光和近红外波段范围。 •70年代以后，在半导体光电发射材料的基础上发展了 一种负电子亲和势光电阴极，长波限延伸至1.6um。量 子效率明显提高。
光敏二极管的工作原理
•光敏二极管：光生载流子漂移 产生电流。
4．扩散型PIN硅光敏二极管
•问题：二极管的电场主要分布在耗尽区内，其电场
足以使载流子的漂移速度达到极限。在扩散区， 由于
场的分布趋于零，所以运动速度很慢。这样，就影响
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Hale Waihona Puke AlInGaP 将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED
多个
多种光色的LED
InGaN、GaP
AlInGaP
将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED
采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。近期，白色LED已达到单颗用电超过1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色LED的效能进展。
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。
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。
五、白光LED的开发
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。（如下图所示）
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
100流明/瓦
输出光能
1000流明/瓦
六、业界概况
在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。
四、单色光LED的应用
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。
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LED结构图如下图所示
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。
由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光
紫外LED
InGaN/荧光粉
InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光
2
蓝色LED
黄绿LED
InGaN、GaP
将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色LED
3
蓝色LED
绿色LED
红色LED
表 一 白 色 LED 的 种 类 和 原 理
芯片数
激发源
发光材料
发光原理
1
蓝色LED
InGaN/YAG
InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光
蓝色LED
InGaN/荧光粉
InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光
蓝色LED
ZnSe
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。
三、单色光LED的种类及其发展历史
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。
二、LED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
表 二 单 颗 白 色L ED 的 效 能 进展
年份
发光效能（流明/瓦）
备注
1998
5
199
15
相若白炽灯
2001
25
相若卤钨灯
2005
50
估计
表三 长远发展目标
单颗白色LED
输入功率
10瓦
发光效能
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。