一 LED基礎知識

　　LED 是取自 Light Emitting Diode 三個(ge) 字的縮寫(xie) ，中文譯為(wei) “發光二極管”，顧名思義(yi) 發光二極管是一種可以將電能轉化為(wei) 光能的電子器件具有二極管的特性。目前不同的發光二極管可以發出從(cong) 紅外到藍間不同波長的光線，目前發出紫色乃至紫外光的發光二極管也已經誕生。除此之外還有在藍光LED上塗上熒光粉，將藍光轉化成白光的白光LED。
　　LED的色彩與(yu) 工藝： 製造LED的材料不同，可以產(chan) 生具有不同能量的光子，借此可以控製LED所發出光的波長，也就是光譜或顏色。曆史上第一個(ge) LED所使用的材料是砷(As) 化镓(Ga) ,其正向PN結壓降(VF，可以理解為(wei) 點亮或工作電壓)為(wei) 1.424V，發出的光線為(wei) 紅外光譜。另一種常用的LED材料為(wei) 磷(P)化镓(Ga)，其正向 PN結壓降為(wei) 2.261V，發出的光線為(wei) 綠光。

　　基於(yu) 這兩(liang) 種材料，早期 LED工業(ye) 運用GaAs1-xPx材枓結構，理論上可以生產(chan) 從(cong) 紅外光一直到綠光範圍內(nei) 任何波長的LED，下標X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過 PN結壓降可以確定LED的波長顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光 LED，GaAs0.35P0.65 的橙光LED，GaAs0.14P0.86 的黃光 LED等。由於(yu) 製造采用了鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱這些LED為(wei) 三元素發光管。而GaN（氮化镓）的藍光 LED 、GaP 的綠光 LED和GaAs紅外光LED，被稱為(wei) 二元素發光管。而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料製造的四元素LED，可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜範圍。

　　LED發光強度：發光強度的衡量單位有照度單位（勒克司Lux）、光通量單位（流明Lumen）、發光強度單位（燭光　Candle power）.

　　1CD（燭光）指完全輻射的物體(ti) ，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方厘米麵積的發光強度。（以前指直徑為(wei) 2.2厘米，質量為(wei) 75.5克的鯨油燭，每小時燃燒7.78克，火焰高度為(wei) 4.5厘米，沿水平方向的發光強度）

　　1L（流明）指1 CD燭光照射在距離為(wei) 1厘米，麵積為(wei) 1平方厘米的平麵上的光通量。

　　1Lux（勒克司）指1L的光通量均勻地分布在1平方米麵積上的照度。

　　一般主動發光體(ti) 采用發光強度單位燭光CD，如白熾燈、LED等；反射或穿透型的物體(ti) 采用光通量單位流明L，如LCD投影機等；而照度單位勒克司Lux，一般用於(yu) 攝影等領域。三種衡量單位在數值上是等效的，但需要從(cong) 不同的角度去理解。比如：如果說一部LCD投影機的亮度（光通量）為(wei) 1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸為(wei) 60英寸（1平方米），則其照度為(wei) 1600勒克司，假設其出光口距光源1厘米，出光口麵積為(wei) 1平方厘米，則出光口的發光強度為(wei) 1600CD。而真正的LCD投影機由於(yu) 光傳(chuan) 播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分布不均勻，亮度將大打折扣，一般有50％的效率就很好了。

　　實際使用中，光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對於(yu) LED顯示屏這種主動發光體(ti) 一般采用CD／平方米作為(wei) 發光強度單位，並配合觀察角度為(wei) 輔助參數，其等效於(yu) 屏體(ti) 表麵的照度單位勒克司；將此數值與(yu) 屏體(ti) 有效顯示麵積相乘，得到整個(ge) 屏體(ti) 的在最佳視角上的發光強度，假設屏體(ti) 中每個(ge) 像素的發光強度在相應空間內(nei) 恒定，則此數值可被認為(wei) 也是整個(ge) 屏體(ti) 的光通量。一般室外LED顯示屏須達到4000CD／平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內(nei) LED，最大亮度在700～2000 CD／平方米左右。

　　單個(ge) LED的發光強度以CD為(wei) 單位：

　　同時配有視角參數，發光強度與(yu) LED的色彩沒有關(guan) 係。單管的發光強度從(cong) 幾個(ge) mCD到五千mCD不等。LED生產(chan) 廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決(jue) 定了LED視角和光強分布。一般來說相同的LED視角越大，最大發光強度越小，但在整個(ge) 立體(ti) 半球麵上累計的光通量不變。

　　當多個(ge) LED較緊密規則排放，其發光球麵相互疊加，導致整個(ge) 發光平麵發光強度分布比較均勻。在計算顯示屏發光強度時，需根據LED視角和LED的排放密度，將廠商提供的最大點發光強度值乘以30％～90％不等，作為(wei) 單管平均發光強度。

　　LED的發光壽命很長：

　　生產(chan) 廠家一般都標明為(wei) 100,000小時以上，實際還應注意LED的亮度衰減周期，如大部分用於(yu) 汽車尾燈的UR紅管點亮十幾至幾十小時後，亮度就隻有原來的一半了。亮度衰減周期與(yu) LED生產(chan) 的材料工藝有很大關(guan) 係，一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素LED。

　　配色、白平衡：

　　白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為(wei) 69%，紅色的亮度為(wei) 21％，藍色的亮度為(wei) 10％時，混色後人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果，而控製原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為(wei) 配色。

　　當為(wei) 全彩色LED顯示屏進行配色前，為(wei) 了達到最佳亮度和最低的成本，應盡量選擇三原色發光強度成大致為(wei) 3:6:1比例的LED器件組成像素。

　　白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為(wei) 純正的白色。

　　原色、基色：

　　原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為(wei) 紅、綠、藍，下圖為(wei) 光譜表，表中的三個(ge) 頂點為(wei) 理想的原色波長。如果原色有偏差，則可合成顏色的區域會(hui) 減小，光譜表中的三角形會(hui) 縮小，從(cong) 視覺角度來看，色彩不僅(jin) 會(hui) 有偏差，豐(feng) 富程度減少。

　　LED發出的紅、綠、藍光線根據其不同波長特性和大致分為(wei) 紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價(jia) 格上便宜很多。三個(ge) 原色中綠色最為(wei) 重要，因為(wei) 綠色占據了白色中69％的亮度，且處於(yu) 色彩橫向排列表的中心。因此在權衡顏色的純度和價(jia) 格兩(liang) 者之間的關(guan) 係時，綠色是著重考慮的對象。

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