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發光二極體

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發光二極體(英語:light-emitting diode,LED)是一種半導體光源,當當電流通過伊時會發光;即一種電致發光的半導體電子元件,其內電子佮電子空複合,以光子的形式釋放能量。

發光二極體結構的核心部份是 p-n 結,周邊的部份有環氧樹脂密封其引線佮框殼以保護內部芯線。當 p-n 結通以正向電流的時陣,會當發射可見抑是非可見輻射,此輻射為著三價佮五價元素所組成複合光源。

發光二極體干焦會當往一个方向導通(通電), 叫做正向偏置;當當咧電流過的時陣,電子佮電空(電子空穴)佇咧其內複合發出單色光,這叫「電致發光效應」;光線的波長、色水佮其所採用的半導體物料種類佮故意濫入的元素雜質有關係。發光二極體具有效率真懸、活命長、歹破損、反應速度緊咧、可靠性高等傳統光源袂赴的優點。

發光二極體佇一九六二年出現的時陣,只會發出低光度的紅光,予惠普買落專利了後當做指示燈利用。其他單色光的版本,時到今仔日,會當發出的光已經遍及可見光、紅外線佮紫外線,光度亦提懸到相當懸的程度。隨著白光發光二極體的出現,用途已經由初期的指示燈佮顯示板等等指示用途,沓沓仔發展到近年的照明用途。白光 LED 的發光效率近期亦有所進步,其實每一千流明成本,因為大量資金投入已經予價數下降,這幾年佇照明用途上愈來愈普及。

ƏƏƏƏ==發展歷史== 一九六一年,美國公司德州儀器的 Robert Biard 佮 Gary Pittman 頭一擺發現了新化領及其他半導體合金的紅外放射作用。一九六二年,奇異公司的尼克 ・ 何倫亞克開發出頭一種會當實際應用的可見光發光二極體。

一九九三年,日本日亞化學工業(Nichia Corporation)做工課的中村修二成功共米摻入去,造出了因為闊能縫半導體材料氮化氮和氮化稻仔(InGaN)、 有商業應用價值的藍光發光二極體。

有藍光發光二極體了後,ÿ-六十 mW(毫瓦)。 一九九九年輸入功率達一 W(瓦)的發光二極體商品化。遮的發光二極體攏以特大的半導體晶片來處理高電能輸入的問題,抑若半導體晶片攏是予人固定佇金屬片頂懸,以助散熱。

二空空二年,佇市場上開始有五 W 的發光二極體的出現,毋過效率大約是每瓦十八-二十二 lm(流明)。

二空空三年九月,Cree , Inc . 公司展示其新款的藍光發光二極體,佇咧二十 mW 下效率達百分之三十五。𪜶亦製造著一款有六十五 lm / W(流明逐瓦)的白光發光二極體商品,這是彼當陣市場上上光的白光發光二極體。二空空五年𪜶展示一款白光發光二極體原型,佇咧三仔五 mW 落,創下了每瓦七十 lm 的記錄性效率。

二空空九年二月,日本發光二極體廠商日亞化學工業發表了效率達到兩百四十九 lm / W 的發光二極體,此乃實驗室數據。

二空一空年二月,Philips Lumileds 造一白色的 LED 受著控制的實驗室環境內,以標準測試的條件佮以三百五十 mA 電流推動會當出兩百空八 lm / W,但是因為公司無透露彼當陣的偏壓電壓,所以會當知影講其功率。

二空一二年四月,美國發光二極體大廠科銳(Cree)推出兩百五十四 lm / W 光效閣再刷新功率。

二空一四年憑藉「發明懸度藍色發光二極體,有帶來節能光的白色光源」,日本工程學家天野浩佮赤崎勇、中村修二共同獲得諾貝爾物理學獎。部份的評論認為講,諾貝爾獎跳過了紅色的、青色 LED 的發明者並無公平。但是貝爾委員會(物理學獎)委員長 Per Delsing(瑞典 Chalmers University of Technology 教授)佇咧《讀賣新聞》專訪內底提出反駁,伊堅稱「斟酌研究發明的貢獻度了後,有十足信心的決定這三个人得著獎」。

OLED 的工作效率比起一般的發光二極體低足濟,上懸的攏只是佇咧百分之十左右。猶毋過 OLED 的生產成本低足濟,比如講會當用簡單的印製方法將特大的 OLED 陣列安囥佇螢幕頂懸,用製造彩色的顯示幕。


優點

  • 能量轉換效率懸(電能轉換做光能的效率), 嘛即時較省電。
  • 反應時間短,會當達到足懸的閃爍頻率。
  • 使用壽命長,而且無因為連紲閃爍閣影響其壽命。
  • 佇安全的操作環境下會當達到十萬點鐘的壽命,就算是五十度以上的高溫,使用壽命閣有約四萬點鐘。(螢光燈 T 八為八千點鐘、T 五為二孵點鐘、白刜燈為一 , 零-二 , 零點鐘)。
  • 耐震盪等機械衝擊,因為是固態的元件,無燈絲、玻璃罩等等,相對螢光燈、白刜燈等能承受閣較大的震盪。
  • 體積細,其本身體積會使造甲足幼的細(小於二 mm)。
  • 就是聚焦,因為發光體積細,毋過因為用透鏡遮的方式來達成所需集散的程度,藉改變其封裝外形,其發光角度對大角度散射至細角度聚焦攏會當達成。
  • 單色性強,因為單一會當級光出的光子,波長較單一(相對大部份的人工光源來講), 會當佇無加濾光器下提供濟種的單純的色水。

缺點

  • 因為 LED 的驅動電壓較低,一般阮家用電壓做一百-兩百四十 V,攏愛共這 LED 佮變壓器包裝做電火珠仔抑是電火管才會當應用佇厝內,佇咧降低成本的考量之下,賣足濟產品配合品質較䆀的變壓器,加緊歹去的可能。
  • 發光二極體光度並毋是佮電流成線性關係,光度的節略來做複雜;使用 PWM 為上低成本的調整度方法,毋過頻率著愛有夠懸才袂目睭(PWM 調干焦是以快速閃爍的方式來調整飽度,比如講每隔十遍光一遍光度為上大的光度的百分之十,毋過閃爍頻率無懸會傷目,千二五 Hz 以下健康風險懸,三千兩百五十 Hz 以上則風險佮無閃爍的調光方法仝款低;舊型的螢光燈若用低頻 PWM 伊調光袂遐爾傷目,因為螢光燈有餘暉效應 LED 無咧)。
  • 成本較懸,較懸價。
  • 因為發光二極體為光源面積細、分佈較集中,明的用途會鑿目,愛運用光學設計分散光源。
  • 每枚發光二極體因為生產技術問題攏會佇咧特性(光度、色水、偏壓…等)頂懸有一定無仝款,就算是仝一批次的發光二極體精差嘛袂少。

基本原理

發光二極體是一種特殊的二極體。佮普通的二極體仝款,發光二極體由半導體晶片組成,遮的半導體材料會預先透過注入抑是插雜遮的工藝以產生 p、n 架構。佮其他二極體仝款,發光二極體中電流會使簡單的對 p 極(陽極)流向 n 極(陰極), 顛倒反方向愛袂使。兩種無仝的載流子:電空佮電子佇無仝款的電極電壓作用下對電極流向 p、n 架構。做電空佮電子相拄來產生複合,電子會跋落到較低的能階,同時以光子的模式釋放出能量(光子嘛即是咱四常稱呼的光)。

伊所發射出的光的波長(色水)是由組成 p、n 架構的半導體物料的禁帶能量決定。因為矽和矽是間接帶縫材料,定溫度下跤,遮的材料內電子佮電空的複合是非輻射躍遷徙,這種的進前無開光,是共能量轉化做熱能,所以矽佮矽二極體袂當發光(佇咧極低溫的特定溫度之下會發光,著愛佇咧特殊角度之下才有發現,這个發光的光度無明顯)。 發光二極體所用的材料攏是直接紮隙型的,因此能量會以光子形式釋放,這寡禁帶的能量對應最近紅外線、可見光、抑是紫外線波段的光能量。

發展初期,採用砷化又閣(GaAs)的發光二極體只會發射出紅外線抑是紅光。隨著材料科學的進步,新研發成功的發光二極體會當發射出頻率是愈來愈懸的光波。現今,已經製作各種色水的發光二極體。

二極體通常建構佇 N 型基板,佇咧其表面的沉積一層 P 型半導體,用電極連結做伙。P 型基枋較無看著,但是嘛有予人使用。足濟商業發光二極體,特別是 GaN / InGaN,嘛會使用藍寶石基板。

大多數用來做發光二極體的物質具有誠懸的拗射率。這意味對大部份光波會佇物質佮空氣的介面會被反射回物質,所以,干焦波縣市對發光二極體是真重要的論題,大量研究佮發展攏較相聚集這个論題。

以下是發光二極體的無機半導體原料佮發光色水:

  • 中文傳統上的紫色以物理上光譜波長劃分有兩種:一種是波長由三百八十 nm 至四仔五 nm 的是段單色可見光的,英語頂懸叫做 Violet,較倚樹色;另外一種是由紅光加上藍光來透濫,英語頂懸叫做 Purple,較倚紅色的。愛注意是雖然中文名叫做紫色,毋過物理性質有無仝款的,做兩个較長的波段紅、藍光譜是公家所產生的光譜會是紅藍光的光譜疊起來做伙,袂有比藍光波長閣較短的光產生。

白光發光二極體的原理

發光二極體本身是單色光源,猶閣自然界的白光(日頭光)的光譜是包含各種色水,所以乎 LED 無可能完全達到自然光的效果。白光發光二極體是透過發出三源色的單色光(藍、綠、紅)抑是螢光劑共發光二極體發出的單色光轉化,予整體光譜有含做有三源色的光譜,刺激人眼感光細胞,使人有看見白光的感覺。

結合藍光發光二極體、紅光發光二極體佮綠光發光二極體便會當做出白光發光二極體,按呢產生的白光發光二極體有較闊的色域,而且效率較其他的方法懸,猶毋過成本相當懸。這幾年生產技術的改進下,愈來愈濟產品採用這款方法。

這馬普遍的白光發光二極體攏採取單一發光單元發出波長較短的光,如藍或紫外光,閣用磷光劑共部份抑是全部光轉化做一頻譜有綠、紅光等波長較長的光。這款光波的波長轉化作用講螢光,原理是短波長的光子(藍、紫、紫外光)予螢光物質(親像磷光劑)中的電子吸收著了,電子予人激發(跳)至較懸能量、無穩定的激發狀態,了後電子佇咧倒轉原位的時陣,一部份能量散散失做熱能,一部份以光子形式放出來,因為放出的光子能量比進前的小,所以波長你較長。因為轉化過程中有部份的能量化做熱能,造成能量損蕩,所以這類白光發光二極體的效率較低。

發光單元有採用藍光發光二極體的,原仔有採用紫外光發光二極體的。日亞化學工業開發並且對一九九六年開始生產的白光發光二極體採用藍光發光二極體作發光單元,波長四仔五 nm 至四百七十 nm,磷光劑通常是透濫著鱟的-a-lú-mih-ua-sá-bih(Ce 三 + : YAG,實際上單晶的和尚(Ce)的 YAG 予人看做是閃爍器加於磷光體。)。 發光二極體發出的部份藍光是由螢光劑來轉換做黃光為主的較闊光譜(光譜中心大約是五百八十 nm), 因為黃光能刺激人眼內的紅光佮綠光受體,加上原有賰的藍光刺激人眼內的藍光受體,看起來敢若白色的光,若其實呈現的色水定定予人號做「月光的白色」。 若欲調校淡黃色光的色水,會當共濫做伙 Ce 三 + : YAG 中的被(Ce)換作其他透薄金屬,比如講響著抑是假影,甚至會當取代講 YAG 中的部份抑是全部 a-lú-mih 的模式做甲。毋過因為其光譜的特性,紅色佮綠色的物體佇這種發光二極體共拍落去看起來會袂赴寬頻譜光源照射的時遐爾鮮。另外因為生產工藝的波動,這款的發光二極體的成品的色溫並無統一,對暖的黃色到冷的藍色攏有,所以佇生產過程中會以其出來的特性作出區分。啊若這款發光二極體的結構是共藍光發光二極體封進濫入去磷光劑的環氧樹脂中造成,但是嘛有較複雜的方法,由 Philips Lumileds 取得專利的方法就是共磷光劑抹佇發光二極體頂懸,值是由控制磷光劑的厚度增加效率。

另外一款白光發光二極體的發光原理佮螢光燈是仝款的。發光單元是紫外光發光二極體,外口包著兩種磷光劑混合物,一種是發紅光佮藍光的孵,另外一種磷光劑是發綠光的銅和 a-lú-mih 濫雜矣硫化鋅。內底紫外光發光二極體發出的紫外光予外層的磷光劑換做紅、藍、綠三色光,透濫就變成白光。毋過因為紫外線會使黏合劑內底的環氧樹脂劣化變質,所以生產的難度較懸,若壽命嘛較短。佮第一種方法較,因為斯托克司頻移(Stokes Shift)前者較大,光波佇咧轉化過程有較濟予化做熱能,效率較低,但是好處是光譜的特性較好,產生的光較好看。毋過紫外光的發光二極體功率較懸,所以講其效率雖然較頭一種方法低,但是出來的光度煞相若。

上新的一種製造白光發光二極體的方法無閣用上磷光體。新的做法是佇咧摃化鋅基板頂懸生長腰化鋅的被晶層。通電的時陣其實活跳地會發出藍光啊若基板會發黃光,透濫起來便是白色的光。

其他的色水

近期開發出來的發光二極體色水包括粉紅仔色佮茄仔色,攏是佇藍光發光二極體頂懸崁一至兩層的磷光體造成。粉紅色發光二極體用的頭一層磷光體會發黃光,第二層是發出柑仔色抑是紅色的光。紫色發光二極體用的磷光體發柑仔色光。另外一寡粉紅仔色發光二極體的製造方法則存在一定的問題,譬如講有一寡粉紅仔色發光二極體是佇藍光發光二極體漆螢光漆抑是指甲油,毋過𪜶有可能會落落來;有的啊有的是用上白光發光二極體閣加粉紅仔色磷光體抑是染料,毋過佇短時間內色會退去。

價數方面,紫外線、藍色、純綠色、白色、粉紅仔色佮紫色 LED 是較紅色、柑仔色、青色、黃色、紅外線發光二極體貴的,所以前的人咧商業用途上較輸𪜶。

發光二極體是封裝佇塑膠透鏡內,比使用玻璃的電火球仔抑是日光燈閣較勇。有當時仔遮的外層封裝會去予上色,但是這干焦為著妝娗抑是增加對比度,實質上並袂用改變發光二極體發光的色水。

有機發光二極體,OLED

有機發光二極體 OLED。其發光原理佮發光二極體仝款,無仝的所在是其中的光物半導體是有機化合物(有機半導體), 像有機聚合物等等。OLED 製程簡單,成本較低,會當用印刷等等俗價生產方法製作,其優點包括 :

  • 會當錄出大片的發光面
  • 元件本身會使是軟身、透明遮的特性攏是一般二極體所袂赴的。所以 OLED 會當造出大片的照明燈俱,軟身、透明的顯示器。

這馬乎 OLED 大多數的使用顯示器上,無仝色的 OLED 有無仝款壽命,衰退程度嘛無仝(藍色 OLED 的壽命上短), 因此作為全彩色顯視器的時陣,色溫會綴使用時間咧改變;較捷用的像一點仔會較像一點仔衰退了較緊予光暗無平均。水份、溼氣等一下嘿 OLED 造成破壞,所以對封裝的防水性嘛有要求。

LED 的使用

LED 佮無極性的白列燈無仝,干焦會當佇正面對電流過才會當發光,當接上正面向電壓的時會有較大的電流過,彼个稱為 _ 順向偏壓 _。若接著反向電壓,電流可不止仔幼(微安—μA 級), 這號做 _ 顛倒向偏壓 _,並且無發光。所以當初 LED 接著交流電壓的時,干焦正向電壓能去予伊點著,這會致使著 LED 以該交流電的頻率閃爍爍,愛注意 LED 會堪得的反向電壓比一般二極體低,反向電壓過懸會當 LED 永久損蕩去。

判斷發光二極體的極性

無論是插入式封裝抑是貼片封裝 LED 攏會使對外觀上判斷其極向:

也有其他測試方法會當測知 LED 極性,廠方的資料嘛會有說明。

極性倒置,電壓超出其擊穿電壓的時陣,電流會雄雄劇增加,LED 便有機會永久損蕩去。毋過若是會當控制電流佇安全值內,顛倒向導通的 LED 是有用的噪音產生二極體。

驅動 LED

LED 的偏壓佮正向電流成對數相關,若是以固定電壓源推動,電源電壓的輕微差異、LED 偏壓因為生產工藝的離散性,攏可以電流有較大的變化,因為 LED 伊的光度佮電流有較直接關係,電流變化會致使著 LED 的光度偏離想定值,電流若超過安全值的話會因為功了過大使 LED 永久損蕩去(二極體的規个工作區電壓基本無變,功了大概佮電流成正比)。 所以,應用的時應使 LED 工課佇固定的電流,按呢才會當達到預期的光度,佮確保 LED 袂因為電流過大、功害超出負擔煞損蕩。所以,咧推動 LED 有下列事項愛注意:

  • 定著使 LED 工課佇咧預想的固定電流值抑是功磨,已經達成想欲定光度佮功磨,閣避免損蕩去 LED。這多以恆流源達成,用一个電壓源串連一个限流電阻擋就會當成一个恆流源,毋過精確度無懸。以線性線路造出的恆流源精度會當相當懸,毋過仝款有效率是低(功用懸)的缺點。開關式會當有真懸的精度同效率,毋過愛注意燥聲問,而且成本懸足濟的。
  • 串聯 LED 會使各行 LED 得著仝款的電流,光度會較替伊一致。並聯 LED 可以各 LED 電壓仝款,因為品控問題,仝一電壓落,就算是仝一批次的仝型號,各 LED 電流會有輕微差異,光度一致性較䆀。

愛知影啥物的流值才會當達到預期的光度,會當參考生產商資料提供有關電流佮光度關係的資料。愛控制呢 LED 的光度,閣想欲提升效率、減少了電,煞無想欲使用價數較懸的開關式電源的話,會當使用脈衝闊度調製(Pulse width modulation-PWM)推動 LED,通過控制無停重複的每一个時段內導通時間佮關起時間的比例,也就是占空比,會當改變流經 LED 的平均電流,對而控制 LED 的光度,因為控制的物件無半導通的狀態,控制元件內的電壓降相當少,這效率較懸,只要閃爍頻率懸於人眼的視覺暫留,LED 看起來就象連紲發光仝款。

白色 LED 使用脈衝寬度調製控制 LED 光度的方法有另外一好處,白色 LED 色水溫綴電流強弱而轉變,佇咧脈衝寬度調控制之下,導通電流攏無仝光度之下攏無變,因此會當佇無仝款的光度保持色溫無變,這佇咧視頻播放設備內底,應用 LED 做背光的情況特別重要。

真濟 LED 額定的反向擊穿電壓值一般較低,因此加上幾伏特的反向電壓就可能歹去。若是需要以超過反向擊穿電壓的交流電供電的話,會使用反並聯一个二極體(抑是另外一个 LED)的方法進行保護。有的 LED 佇咧出廠的時陣內部就已經集做串連電阻。按呢會當省印刷線路板的空間,毋過因為串連電阻值咧出廠的時陣就已經確定講,予得 LED 的一種主要的集置方法無法度應用。雙色 LED 單元包含兩極體,極性相反(即兩個二極體是反並聯的), 色無仝(典型是紅的佮綠的), 會當顯示兩色,抑是講透過調整兩个二極體導通時間的比例來實現各種透濫色水。另外一寡 LED 單元內底的兩个抑是濟的無仝色水的二極體是共陽極抑是共陰極架構,按呢無需要改變極性就會當產生濟種色水的光。

LED 光衰

上捷看的發光二極體(和瑛射二極體)的失效是漸漸降低光輸出佮效率的損失。毋過,一時間失效嘛是有可能會發生。晶核成長的過程當中的差排可能致使光輻射佇差排的結合形成予活性區域衰減的機制;意味著晶格內底有缺陷,而且會當經由熱、高的電流密度佮光的放射來加速其發生。

新化砷佮新化 a-lú-mih 影和新磷化鄰化、新磷化消息佮磷化鄰化是較容易受這个機制所影響,因為活性區域的無仝性質,氮化氮和氮化交趾則對這類的缺陷閣較敏感,毋管按怎,懸的電流密度會當致使原子的遷移電子跳離活性區域引出差排和點缺陷,看起來像非光輻射的結合來產生熱滾滾,電離輻射仝款的嘛會造成按呢的缺陷,予得 LED 存在輻射電路局限的問題(譬如講佇光絕緣體內底), 早期的紅光因為有短歲壽命的情形。

白光 LED 通常使用一抑是濟濟種的螢光粉,螢光粉會受著熱佮壽命的影響咧衰減閣降低效率,致使產出的光色改變。

高的電子流佇高的溫度之下會予金屬原子對電極擴散到活性的區域,有的材料,尤其是氧化抹錫佮銀就較會當看著電子遷徙的情形;有一寡狀況,尤其是 GaN / InGaN 的二極體,阻擋層金屬被使用來阻礙電子的搬徙,機械的應力、高的電流和腐蝕性的環境可能會予細細的連結發生致使短路的情形。

高功率 LED 對電流的狹敏感,無齊勻的電流密度分佈佇咧接合點(junction)上,有可能會產生局部的熱點,存在燒毀的風險,基板的無齊勻致使熱傳導損失,予問題閣較嚴重,定定看著是來自拋接材料的空抑是電子徙效應佮 Kirkendall 空洞,燒掉是 LED 捷看的失效。當光的輸出超出了臨界水準致使琢面(facet)燒熔的時陣,雷射二極體可能會有激烈的光學損害。有一寡塑膠封裝的材質會因為熱的緣故來變黃,致使局部波長的光予人吸收去影響波長。突然間的失效定定是因為熱應力所致,當環氧樹脂的封裝達到玻璃轉移溫度的時,樹脂會足緊的膨脹,佇咧半導體佮拋電龜接觸的位產生機械應力來弱化抑是共掣斷,佇咧非常低的溫度的時陣會予封裝產生裂痕。

靜電的放電嘛可能產生半導體接合點(junction)隨的失效,特性的永久漂移佮藏佇的損害攏會致使衰減的速率增加,接合佇藍寶石基枋頂懸的發光二極體佮雷射,著 ESD 的損害閣較敏感。

應用

視覺訊息顯示

狀態顯示燈

發光二極體所需推動電壓佮功率低,方便由運作電壓低的微處理器控制佮佇咧以電池作電源的設備頂頭使用,所以定定予人用佇各種電子的產品、設備的狀態指示燈。佇消費性電子產品,手提Festival入式電子設備,家庭電器、𨑨迌物仔、各種的儀器…等用途上作為工作狀態顯示燈。

單一發光二極體定被用做狀態顯示(譬如講電源狀況), 原仔有製做七段顯示器的 LED 組用做顯示數字,通常會佇正下跤加上「・」、「,」,以顯示小數點等。佇咧幾冬前,當顯示器技術並無發達的時,有的發光二極體組能有十四劃,會當顯示二十六个英文字母,毋過當微電子等顯示技術熟似了後,這種發光二極體組已極小被採用。

電子螢幕等等的指示燈

  • 佇車輛頂懸的應用:當 LED 的光度發展達到要求了後,就有汽車用 LED 做轉向和擋仔車燈,主要好處是 LED 極懸的開關速度,其實時間比白刜燈快零抹五秒之外,而且 LED 燈佇咧日時佮日時炮仔相較懸度、使用壽命長、點予著速度緊,更加會當增加六 m 的擋仔辨識距離,嘛會當降低事故發生,這對行車安全非常重要。車輛行駛環境中震盪、溫差變化之下,LED 猶原有穩定的光度佮可靠性。最近有極細部份車輛開始使用白色 LED 做車頭燈,其好處是光線的方向控制比白刜燈加拋物線反射鏡好。有的緊急服務車輛的閃光警標嘛使用 LED,LED 會當高速閃振動的特性簡化以往產生閃振動效果的機械結構閣較會當靠。
  • 佇道路頂懸的應用:仝款工作佇戶外環境的交通燈來使用開關快速的 LED 嘛足適合的,LED 壽命較長嘛減少壞電火佮影響交通的機會。毋過佇咧氣候較低溫的所在,LED 交通燈會有予人積雪崁著的問題。另外公路的訊息顯示板也使用 LED 點陣顯示,這寡顯示枋會當加採用黃或者是紅的 LED 以求兼顧夜間環境。這類顯示器叫發光二極體顯示器,是平板顯示器的一種。
  • 公共場所的平板顯示器:佇機場、機艙、車頭、bá-suh 徛、碼頭等…各種公共運輸工具上等所在,LED 被普遍地採用做平板顯示器以顯示如班次、目的地、時間等等相關的訊息。而且 LED 的可靠性佮低了電,使其實也適合用作緊急出被指示燈。

LCD 顯示器背光光源

早佇干焦烏白 LCD 的年代(彼陣並無藍及白色的 LED), 各種的單色 LED 就烏白用做烏白 LCD 背光光源,比如講傳呼機,煞來當彩色 LCD 出現了後濟的時陣,工程界猶未當製作出白色的 LED,所以只好採用電致發光片,簡稱 EL 𠞭𠞭開。佇咧白色 LED 出現了後,這款物件隨轉用 LED 作背光。佮 EL 片相比,白色 LED 較省電,這對電池供電的產品特別重要,除了這以外,白色 LED 免去 EL 片所需要的高壓電源,大大減低矣電磁干擾。猶毋過由於白色的 LED 需要一定空間來做導光之用,體積會比 EL 片略厚,就算講按呢,手提電話 ( 手機仔 )、電子手數、比較小的手拿電腦 ( 筆電 ) 沓沓仔使用 LED 作背光。 毋過因為 LED 佇咧懸光度的效率是變䆀,毋但了電,閣較有過熱問題,所以當白色的 LED 問世後數年,LCD 電腦螢幕佮 LCD 電視機猶原是採用冷陰極螢光燈作為背光,近年 LED 佇懸度之下的效率不斷改進,予光度真好應用佇咧 LCD 電腦螢幕佮 LCD 電視機的背光。比起來進前的 CCFL,LED 省煞 CCFL 所需要的高壓電源,除大幅度減低電磁干擾外,因為省煞矣電壓轉換,佇咧用電池做電源的產品也省煞了電壓轉換時的功率損蕩,而且 LED 的工作壽命,色水的穩定性嘛比 CCFL 好會濟。 使用 LED 作背光的 LCD 顯示器定定予生產商叫做 LED 顯示器抑是 LED 電視機等,原因可能是為著強調新產品佮舊產品有所無仝,毋過其實遮的顯示器的影像猶是以 LCD 產生,LED 只是當做光源,佇技術上猶原是 LCD 顯示器,抑是叫做 LED 背光液晶顯示電視等等。有的高檔產品使用三原色 LED 構成的白色 LED 作背光,有比 CCFL 閣較闊的色域。毋過加上依照所顯示的影像所需要動態地控制 LED 的光度會當大大增加 LCD 顯示器的對比度,起初只有成本較懸的直下式 LED 背光使用動態控制技術,漸漸仔照式 LED 背光嘛發展出類似功能。

顯示器

市面上現存普及的LED 背光液晶顯示電視的 LED 干焦用做背光光源,嚴格上並毋是 LED 顯示器,細細高解析度的視訊 LED 顯示器現攏用 OLED,OLED 有自發光性、廣視角、懸著比、低了電、高反應速率等等的優點,OLED 顯示器因為無需要背光源,所以會當比 LCD 顯示器造了閣較薄,猶毋過 OLED 顯示器的壽命只有 LCD顯示器的四分之一,日本 Toshiba 佮 Panasonic 這幾年有新技術 OLED 的壽命加倍。

OLED 顯示器依驅動方式無仝款閣會當分做被動式(Passive Matrix,PMOLED)佮主動式(active matrix,AMOLED)。 PMOLED 的推動電流直接由透明電極傳到 OLED,因為引電電極的電阻關係,sài-sù 袂當造甲大,若無會有光暗無均的狀況。而且有串擾的問題。AMOLED 佮薄膜電晶體液晶顯示器原理仝款,咧顯示器頂頭造出三極官控制 OLED 開關。所以解決矣 PMOLED 的問題,大部份的 OLED 顯示器攏是採用 AMOLED,𪜶攏予人使用佇智慧型手機仔內底。

大型的 LED 顯示器已經普遍佇咧外戶內底,戶外 LED 顯示器對解析度要求較低,但是需要較懸的光度,加採用分立單色的 LED 組成。戶內底的因為距離觀賞者較近,所以要求較懸的解析度,所以採用 SMD LED 元件。

LED 照明

因為發光二極體燈予人號做是固態照明。傳統照明燈俱如螢光燈、白列燈佮鹵素燈攏有裝載氣體的脆弱玻璃管,因為袂赴全固態的 LED 勇勇。現有單一大功率發光二極體一般有一 W、三 W、五 W 等,因為發光二極體咧增加光度的時陣,效率會降落來,所以有一寡 LED 燈使用濟粒白光 LED 組合做一个圍構成一个光源,以增加效率;仝款的原因,佇照明利干焦佇對光度要求低的所在,以保持其比較佳效率(省電)的特性,遮的用途包括:

手電仔

往陣手電仔攏以白刜燈抑鹵素燈作光源,螢光燈因為體積大佮需要高壓電源,無適合用佇體積、重量細、佮以電池做電源的手電仔。自白色 LED 世間以後,堅固耐用誠濟特性使其實予人廣泛使用佇小型手電仔。毋過因為佇懸度之下 LED 的性能猶原有所不及,所以乎 LED 猶未應用佇大功率手電仔頂懸。

愛 LED 工課咧理想狀態,其電流必控制佇一定數值,低檔 LED 手電仔干焦用電阻限制電流,較食電,光度嘛會綴電池電壓降落來變暗。高檔次的 LED 手電仔會用電子線路產生恆流源,精確控制 LED 的電流,準做電池電壓下降,LED 的電流嘛保持固定。這類設計較省電。一寡使用電池電壓比白色 LED 佇正常做工課電流下的電壓(約三 V)低的電筒,可以直流-直流轉換(DC / DC)的電子線路共電壓升至少以推動 LED。但是所有的所在採用直流 / 直流轉換線路的手電仔攏以恆流源控制 LED 電流。

緊急照明

因為後備緊急照明系統加用電池作電源,採用 LED 會當降低了電。

手機仔閃光燈

這馬的行動電話定定有攝影功能,故需要閃光燈,但一般相機使用的閃光燈雖然光度比 LED 懸足濟的,但是體積大佮較了電,無適合用佇行動電話當中;顛倒行動電話的對光度要求低,白光 LED 光度非常感謝閃光燈,加上毋免高電壓驅動,故能做為體積佮成本攏真細的完整閃光燈解決方案。除了這以外,這是 LED 猶閣會當做手電仔抑是棚燈(movie light)使用。

道路佮室內照明

目前 LED 已經開始應用佇道路照明和室內燈具。當前市面上的螢光燈(包括欲鬥型的火金燈)效率平均為著五十 lm / W,而且 LED 效率平均超過八十 lm / W。

照明應用例
  • 台灣高雄市自由一路的路燈已經佇二空空七年六月改用 LED 路燈而且正式驗收啟用,其他的發光效率和光型攏達到現有的道路照明標準。
  • 台灣高速公路佮快速公路部份路段道路標誌投射燈照明改用 LED 照明並且正式驗收啟用。
  • 西班牙 PINTO 市政公路部份路段照明設施路燈照明改用 LED by GULI 照明並且正式驗收啟用。
  • 美國西雅圖部份路段照明設施路燈已經改用白色 LED 閣正式驗收啟用。西雅圖市政府已經決定無閣換新的鈉燈,佇這个壽命到期了後用 LED 電火閣換。
  • 香港鐵現此時有一列行踏防止四界的列車佇最後一節車廂的照明攏換成做是發光二極體照明。另外咧,亦佇羅湖站的新扶手電梯頂面的天篷安裝一組試驗性的 LED 日光燈。根據前九鐵的刊物,這一組發光二極體日光燈預計會當每年節省百分之六十六的電力消磨。

紅外線夜視照明

紅外線 LED 定定予人用做紅外線光源,配合 CCD 用作保安用的夜視鏡頭。

訊息傳輸

因為 LED 開關速度緊,有利資料快速傳輸佮減少延延,加上推動簡單,所以定定用佇各種設備中作資料、訊號傳送佮感知用途。

光通訊

  • 電視機、錄影機等家電的遙控器

紅外線 LED 輕巧、省電、俗價數、可靠耐用,被廣泛使用佇電子、電器產品的紅外線搖控器當中,以紅外線傳遞指令。

  • 紅外線遙控𨑨迌物

近年嘛有遙控𨑨迌物仔使用仝款的方式控制𨑨迌物仔,比無線電,紅外線遙控佇咧視線外的時陣會 " 失控 ",毋過價數俗,光學的紅外線接收大為減低重量佮食電量,雖然誠細型遙控的飛行𨑨迌物仔若遙控直升機這類電量佮動力攏細細情形特別有利。佮電子無仝款、電器產品的紅外線遙控,遙控𨑨迌物的紅外線發射欲用著濟梅紅外線 LED 加大會當接收的角度。

  • 紅外通訊技術(IrDA)數碼的資料傳輸

紅外線 LED 予人使用佇 IrDA 紅外線資料傳輸,雖然相對省電、俗價數,但是愛互相對準佇咧視線內佮資料傳輸速度應付袂當需要落,已經減有設備使用。

  • 短距離光纖通訊

譬如講影音產品的數位音樂光纖傳送系統當中,LED 被用做共數位化的音訊發送,毋過因為成本問題,所使用的光纖品質無懸,高級影音𨑨迌物(俗稱發燒友), 認為光纖傳送的效果袂赴仝軸電纜。

  • 照網路技術(Li-Fi), 是一種不需要 WiFi 信號,使用的發光二極體共光源換做網路絡信號的形式來實現網際網路交接的技術。
  • 光電鋪合元件

予廣範使用的光電影響合元件是一種以光訊號共訊息由在兩个電氣完全隔離的電路之間傳達,其實包括兩部份,一是光源,而且一个感光體啦,光源部份就是使用 LED。

應用例有:共交流市電轉換做低壓直流的交換式電源供應器,低壓輸出端必須佮較高壓的輸入端佇電氣頂懸完全隔離,以確保安全,這類的情況就愛用光電抹做以光訊號形式予訊號會當佇兩爿捀間傳達。仝款的狀況嘛發生的醫療儀器頂懸,佇人體測得的訊號利用光電交易共訊號傳至以市電供電的部份,確保佮人體接觸的傳感器佮市電部份佇咧電氣頂懸完全隔離達到安全需要。

狹波段光學感測器

可見光發光二極體佮光檢測器攏是使用能縫落佇咧可見光波段的 PN 結,所以有真濟仝款的物件的理特性,會發光二極體應用佇光檢測頂懸,是早就予人熟似的技藝,猶毋過一直到最近,被稱做雙向發光二極體陣列方被提出,並應用佇咧觸控面枋頂的接觸傳感(touch-sensing)。 二空空三年,Dietz、Yerazunis 佮 Leigh 發表的論文中,講著欲按怎共發光二極體應用做俗的檢測元件。

在此應用中,陣列中各個發光二極體被快速地被點著、熄滅。發光二極體點著了後,發射光照射著操作者的指頭仔抑是圖案,其實反射光閣經過熄滅狀態的發光二極體所檢測,並且佇咧反向偏壓下操作的發光二極體頂懸,感應出電壓,紲落來透過微處理器讀出該感應電壓的大細,Jeff Han 的網站內底提供影片展示該發光二極體陣列檢測器咧操作狀況。

參考文獻

引用

來源

外部連結

  • 開放式 kha-tá-lok-guh 計劃內底佮發光二極體相關的內容
  • Promises and Limitations of Light-Emitting Diodes A concise University of California , Berkeley summary of the history , operation , benefits and limitations of LEDs
  • Rensselaer Electrical Engineering Department LED information arranged in textbook form , aimed at introductory to advanced audience

LED 洗壁燈

參見