LED变色灯控制器的制作Word文档下载推荐.docx

1、自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来,LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性,被誉为人类照明的第三次革命。节能是LED最大的特点,在我国具有非常重要的现实意义。中国照明用电约占总电量的12%, 保守估计2010年我国总发电量将达到30000亿度,照明用电将达到约3600亿度,如能节约一半的照明用电就是1800亿度,相当于两个三峡电站的年发电量。照明节能产生了两方面益处：能源消耗的节约和二氧化碳气体排放的减少。LED照明技术正处于一个迅速发展的阶段,发光效率不断改善,根据海兹定律,每18到24个月单个LED封装器件输出的光通量将翻一倍。现在白光LED的发光效率

2、已达到白炽灯2倍以上,到2010年将超过荧光灯,到2020年将达到荧光灯的2倍,届时LED将成为全球照明的主要光源。我国LED产业发展机遇巨大。1.2 LED的研究现状在国家产业扶持、台商加入及国际巨头三方推进下，LED产业在我国已具相当规模，到2004年底全国已有LED各类企业约3500余家，从业人员50余万人，LED器件产量400亿只/年以上，已初步形成从外延片生产、芯片制备到器件封装集成应用比较完整的产业链，生产企业重点分布在长三角、珠三角、江西、福建及环渤海湾等地区。据统计，2004年中国大陆的LED需求量约240亿只，应用市场达300亿元，2005年总需求量为300亿只，应用市场达到

3、360亿元。 LED生产主要有3个环节，就是发光半导体外延片的生长、芯片制作和封装，目前国内3个环节都有，尤其是外延片的生长环节，我国与世界一流水平还有较大的差距。从产业价值链的情况看，高质量的外延片已经成为中国LED产业发展的主要制约环节，中国的LED产业面临一个巨大的问题就是技术水平太低，中国LED产业刚刚处于起步阶段，不但与日本、美国、欧洲有巨大的差距，即便是与中国台湾相比，也相去甚远，国内LED的产业规模在100亿左右，仅是日本日亚化学一家的一半多一点。目前国内有十几家作LED外延芯片和芯片封装的公司，产业规模较小，最大的也不过2、3亿的产值。国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是

4、进口美国的有机金属化学气相沉淀（MOCVD）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED产业水平，国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。国家863计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发（中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所），通过整机消化吸收，关键技术再创新等措

5、施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。由于LED外延片及芯片制造所需的装备要比集成电路芯片制造装备相对简单一些，我国除一些关键装备（如MOCVD、等离子刻蚀机、光电特性测试分选机）尚存一定差距外，其余大部分装备都能自主生产，装备的技术可靠性已经接近国外同类装备的水平，中电科技集团公司

6、第四十五研究所、第四十八研究所、第二研究所3个研究所在各自的专业领域已具备了生产、开发LED全线装备的能力，如中电科技集团第四十五研究所生产的切片机、光刻机、清洗甩干机、探针测试台等，中电科技集团第四十八研究所生产的离子注入机等，它们均已在集成电路和电子元器件生产线上发挥作用。存在的主要问题及原因 1、产品自主创新不够，艰难地跟随国外技术；2、核心设备受制于人（虽不禁运，但价格具有掠夺性）；3、主要设备产业化水平适应不了生产需要；4、系统集成能力弱。1.3 LED的用途及发展趋势LED灯主要是用于装饰、商业空间照明以及建筑装饰照明等,随着LED技术的发展和进步,光涛目前市场上的LED投射灯性能

7、优势非常突出,采用高纯度铝反射板、光束最精确、反射效果最佳；对称型窄角、宽角及非对称等配光系统，而且投射灯均附有刻度板，人们可以根据刻度方便调整照射角度。此外，为了方便维护保养，LED投射灯采用背后开启式更换灯泡。照明装饰效果一流，LED投光灯能实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替以及追逐、扫描等动态效果。 据灯具厂家中山光涛LED照明灯具厂介绍，LED投射灯与LED水下灯、LED地埋灯、LED洗墙灯等可以独立使用，也可以交互使用，从而产生更多变的效果，而LED投射灯主要用于单体建筑、历史建筑群外墙照明、绿化景观照明、大楼内光外透照明、广告牌照明等专门设施照明，以及酒吧、舞厅等娱乐场所

8、气氛照明等，市场发展前景可观。如下几个举例。1.LED红外线感应灯：LED红外感应灯是一种靠感应人体的红外热辐射，检测光环境状态，通过内置延时开关，对灯具进行开启和关闭的新一代智能型照明灯具，又叫LED人体感应灯。是一种以人来灯亮、人走灯灭是LED红外感应灯，最大的特点，开关全自动，省事，杜绝了有人开，无人关的用电浪费。如图1.3.1。2.LED节能灯：LED即半导体发光二极管，LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源，光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保；是新一代固体冷光源，光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗，绿色环保，适用家庭，商场，银行，医院，宾馆，饭店他各种公共场所

9、长时间照明。无闪直流电，对眼睛起到很好的保护作用，是台灯，手电的最佳选择。如图1.3.2。3.LED日光灯：LED日光与传统日光灯的不同之处在于制造材料和照明性能上，led日光灯是环保照明产品，led日光灯是传统日光灯最新代替品。如图1.3.3。4.LED闪关灯：LED闪光灯广泛用于城市交通的电子警察拍照、卡口车辆牌照拍照、高速公路收费站车辆牌照拍照等应用下提供拍照光源。如图1.3.4。1.3.1 LED红外线感应灯电路图1.3.2 LED节能灯电路图1.3.3 LED日光灯电路图1.3.4 LED闪光灯电路图近年来，随着节能照明技术的推广，节能型照明灯具设计已成为灯具厂商最关注的问题，并且认

10、识到，灯具要实现高效节能，首先应采用节能光源，这是推广高效节能灯具的前提;其次是按照节能光源的尺寸形状，精心设计灯具的光学系统，提高灯具的有效利用率和装饰效果。消费者的需求在不断变化，要达到消费者的要求，照明产品也要不断的退曾出新。随着现代照明技术的不断进步，新材料、新工艺、新科技广泛运用，以及人们对各种照明原理及其使用环境的深入研究，突破了以往单纯照明、亮化环境的传统理念，极大的丰富了现代灯具、灯饰对照明环境的表现力与美化手段。采用计算机辅助设计，通过对照明场所亮度，配光曲线要求、灯具的功能、结构设计，使灯具在满足实用需求和最大限度地发挥光源功效的前提下，更注重灯具外观造型上装饰性美学效果，

11、由此形成了现代灯具发展的四大流行趋势。随着灯和灯具一体化的开发和应用，以电子镇流器为代表的照明灯具电子化技术迅速发展，各种集成化装置和计算机控制系统对灯具和照明系统的应用取得了显着的进步，灯具及照明系统在调光、遥控、控制光色等方面均有了很大的改善。现代灯具的调光手段比以前更先进，方便和灵活，除了在灯具中设置调光装置和开关装置外，还用带集成化的红外接收器或遥控的调光装置对投光光源进行调光，或者使用计算机进行编程调光。这种调光方式适用于现在的吊顶改造，且现有的调光系统可对十个以下的不同场所同时实行无级调光和延时照明。使用场景选择器和光源及低压照明系统一道工作，用通常的连线把灵活多变的照明设计和多点

12、控制结合起来。这种场景调光器和远距离场控制器可多路安装，随意组合，适用于会议室、博物馆等场所，方便、灵活、控制效果显着。利用计算机遥控台和室内电脑照明控制系统，可随自然照明程度、昼夜时间和用户的要求，自动改变室内装饰照明灯具光源的状态，将整个照明系统的参数设置、改变和监控通过屏幕实现。这种控制方法适用于宾馆、商场等民用设施。集成化技术正在与现代灯具的发展逐步接轨。各种灯具采用集成化电路后，节能效果显着。如美国一家公司生产的定向照明聚光灯具，采用集成化电路后，灯具的能耗有较大幅度下降，集成化技术必将成为现代灯具设计趋势。现代灯具正处于从“亮起来”到“靓起来”的转型中，更强调装饰性和美学效果。现代

13、灯具的设计与制作运用现代科学技术，将古典造型与时代感相结合，体现了现代照明技术的成果。欧式装修风格一般选配水晶系列灯具，突出其豪华气派。复合式照明灯具发展的特点是：为了保证照明条件和视觉的舒适感，灯具大都配有各种系列成套的配件选择，以便用户根据需要自行调整。既强调个性，又强调与背景环境的协调。总之，反映现代灯具产品水平的重要标志之一就是看其能否在协调整个环境的同时突出自己的特点和装饰效果。随着紧凑型光源的发展，各种新技术、新工艺不断采用，镇流器等灯用电器配件小型化，现代灯具正在向小型、实用、多功能方向发展。紧凑型荧光灯在现代灯具中的应用范围增大。最初的荧光灯具主要集中在台灯开发方面，现在已逐步

14、扩展到各类照明灯具，各种照明场所及功能性照明灯具的开发上。我们可以作一个简单的归类：小功率紧凑型荧光灯一般用在台灯、格栅灯具中;大功率紧凑型荧光灯一般用在各种庭院灯、庭院灯、草坪灯中;其中三管紧凑型荧光灯具大多采用电子镇流器并配以设计独特的反射器，灯具效率较高，若再加上电脑和红外遥控等装置，则更经济和实用。中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业

15、化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产

16、业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价。第二章 LED变色灯的概述 2.1 概述LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-

17、N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。2.2 LED灯的分类1、按发光亮度分：A、一般亮度：RHGYE等B、高亮度：VGVYSR等C、超高亮度：UGUYURUYSURFUE等D、不可见光（红外线）：RSIRVIRHIRE、红外线接收管：PTF、光电管：PD2、按组成元素分：A、二元晶片（磷镓）：HG等B、三元晶片（磷镓砷）：SRHRUR等C、四元晶片（磷铝镓铟）：SRFHRFURFVYHYUYUYSUEHE、UG 。 （简单举例出几种L

18、ED灯）图 2.2.1 LED频闪灯的电路图图2.2.2 LED 闪关灯电路图图2.2.3 LED变色灯的结构框图图2.2.4 LED 红外线感应灯电路图2.3 LED灯的控制系统及现实应用近几年来,作为半导体照明领域的一部分,城市景观照明及室内外装饰照明的霓虹灯和部分传统光源必将逐步被具有节能、环保、寿命长、可靠性高及可实现全彩变化的 LED光源所取代。目前,在装饰照明领域中用LED制作的各类灯具正被逐步推广。由于网络技术的普及和成熟, LED装饰照明控制系统中应用TCP/IP网络技术己成了一种明显的趋势。用TCP/IP协议可使整个系统的宽带、距离、可靠和双向等功能的实现，这意味着在一个网络

19、里可同时连接的设备更多，且连接的距离更长，传输控制协议使LED装饰照明系统的控制质量和可靠性更高，双向通讯使设备的远程监测和控制更有效，因而构筑大规模可靠的LED装饰照明系统的网络成本更低，这是以现代计算机网络技术为支持的必然结果。设计一种控制系统如能采用现有成熟的技术方案和产品是相当明智的方法，LED-NET系统是以DMX512协议和计算机网络技术TCP/IP协议为基础开发出来的LED灯饰照明控制系统，使其更加适合LED灯饰行业的应用。这样意味着拥有大量现成而众多的DMX512设备、网络产品和软件资源例如集线器、电缆、光纤和无线连接产品以及远程控制和监测技术，此外，现有大楼和各种场所已遍布以

20、太网，更可方便装饰照明系统工程的临时使用。现实应用：LED要真正进入普通领域，需要在2015年后。目前工业生产LED的关键技术指标发光效率是501m/W，高于白炽灯典型的发光效率，不及荧光灯的发光效率。同上世纪60、70年代，LED产业发展不同，LED虽然进入日常领域还需要点时间，但是目前LED的应用领用已经非常广泛。实际上，从全球市场来看，高亮度LED主要的应用领域还是在移动设备的背光源上，这种需求占整个市场的近60%。另一个主要市场是汽车和信号等市场。从视觉效果看，射灯依靠的是楼宇反光，需要很高的亮度，而LED是自身发光，在同样视觉效果下耗能将大大降低。更重要的是，LED色色彩丰富，可以构

21、成彩色图案。在城市中大量应用的广告牌也可以部分用LED取代，现在的广告牌基本采用喷绘加射灯照明，视觉效果是喷绘反射光的效果，而采用LED则不需要反射。目前国内几个城市都展开了LED景观灯照明示范工程。而2008念得北京奥运会、2010年的上海世博会的召开，都大大促进了LED在景观中的应用。最近几年，LED主要应用领域手持设备增长有限，不过在汽车等高端应用领域，LED的市场空间正在飞速成长。目前欧洲很多汽车采用了LED照明。（例如，普遍采用的高位刹车灯）。2.4 LED的系统组成LED 系统是一种由计算机技术、信息处理技术、电子技术、光学及色度学等高新技术相结合的电子显示器，一般地说， LED显

22、示器又分为单色，双色及全彩。所谓单色，顾名思义，显示是由单一的某种颜色的LED组成。把红色和绿色LED作为一个像素的显示屏叫双色屏或彩色屏。把红、绿、兰三种LED放在一起作为一个像素的显示屏叫三色屏或全彩屏。 中国大陆的LED显示屏产业最早起步于1987年前后，经过十来年的共同发展，现已初具规模。目前，LED显示屏的生产厂家越来越多，其中不乏一些优秀的企业，他们共同繁荣了这个新兴的高科技产业。二十一世纪是个平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主 流产品之一，也必将会有更大的前景。 一般来说，LED的工作电流最好设定在20mA以下， 以保证LED的抗衰减性。另外一种是利用人眼的视觉惰性，用

23、脉冲调制来实现灰度控制。人对像素平均亮度的感觉可取决于它的衰/灭（占空比），即周期性地改 变占空比，只要这个周期足够短，人眼就感觉不出它的衰/灭。一般地说，室内屏的点间距（Pitch）为2-12mm，其中2-8mm的室内全彩显示屏一般使用 TOP型的贴片方式或现在发展起来的亚表贴方式。户外屏的点间距（Pitch）为14-26mm，以现在绿色LED亮度水平，Pitch为20mm的显示屏是其中最主流的产品。国内的全彩显示屏制造商，经过这十几年的发展，进步非常快，但和欧美日等发达国家相比，还是有一定的差距，特别是其中最主要的显示器件 LED的封装工艺及设计水平，还是有很多不足之处。 伴随绿色晶片亮度

24、不断地提升，全彩显示屏正以一种前所未有的速度在普及 和推广。特别是北京申奥的成功，它提出绿色奥运的号召，使得LED全彩显示屏的市场前景更为诱人。LED全彩屏又分为室内屏（Indoor）和户外屏 （Outdoor），我们先介绍几个全彩屏的常用术语。点（Pixel）：像素点的简称，一般由R/G/B三种颜色的LED组成。按组成的方式不同，又分 为1R/1G/1B、2R/1G/1B、2R/2G/1B等不同的组合方式，它是全彩屏的基本成像单位。点间距（Pitch）：显示屏各像素的中心点之间 的距离，一般用mm表示,它决定了一个全彩显示屏的像素数量。灰度等级（GrayScale）：显示屏亮度调节的精细度就

25、叫做显示屏的灰度等级,一般地说, 灰度等级越高,显示颜色就越丰富。LED改变颜色的驱动方式一般有两种，一种是改变LED的电流。 Lens的光学设计LED是一个十分精密的光学系统，碗 杯、晶片和Lens的搭配要十分得当才是一个好的光学设计。一般地说，我们原来大部份封装厂都没有很重视这一点，这也是我们的显示屏技术赶不上欧美等发达 国家的一个很重要的原因。我们经过大量的分析，发现红色晶片和双垫极的绿、蓝色晶片，在晶片的材质、各结构层的厚薄、折射率以及它们裸晶光斑都有很大的差 异，且它们的物理尺寸也相差太大，要想使R/G/B三种颜色的LED亮度变化在左右各90度的范围内保持高度一致，须使用不同的光学L

26、ens。 我们首先要做的是控制原物料，因为户外全彩屏的使用环境恶劣，不是长期在高温下工作就是长期在低温下工作，而且长期受雨水的腐蚀，如LED的信赖度不是很好，很容易出现瞎点的现象，所以我们很注意对原物料品质 的控制。公司有一整套物料检查的先进设备，可以帮助我们严格地控制原物料。我们全彩显示屏LED产品上，都是使用具有高导热、导电性能的优质铜支架，这样可以 大大地降低LED的热阻。 我们对支架的镀层也作了特别规定，以保证我们的品质需求。为了提高成品的亮度，我们还对支架碗杯作了亚光处理。在环氧树脂 的选择上，我们针对显示屏的工作特点，特别选用了能够抗UV的高Tg胶水。在烘烤工艺上，我们使用的是缓冷

27、缓热的烘烤工艺，这种烘烤工艺经我们大量的实 验，可以提高胶水的Tg点，而且最为关键的是它可以有效地降低胶水的内应力，这就大大地提高了产品的信赖性。三、白平衡设计我们根据客户的需求，总结出一 套自己的计算方式。客户只要将你所需要的亮度和显示屏的点间距告诉我们，我们就可以全方位地为客户服务，为客户的显示屏作一个完美的配光方案。 调配可分两个内容：颜色和亮度。1进行白色亮度调节。2：设定颜色目标及范围（公差），一般是指目标颜色的X，Y值。3：设定固定条件：温度、电压、选用电 源线。混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色的亮度总合称为 亮度相加定律。颜色外观相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在颜色

28、混合中具有相同的效果，就是说，凡是在视觉上相同的颜色都是等效的，由此定律可导出 颜色的代替律。颜色匹配方程若以（C）代表被匹配颜色的单位，（R）（G）（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位，R、G、B、C分别代表红、绿、蓝和被匹配 色的数量。2.5 LED 变色灯的原理变色灯是由红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色LED组成的。双色LED是我们十分熟悉的。一般由红光LED及绿光LED组成。它可以单独发出红光或绿光。若红光及绿光同时亮点时，红绿两种光混合成橙黄色。变色灯的变色原理如图1所示。三种基色LED分别点亮两个LED时，它可以发出黄、紫、青色（如红、蓝两LED点亮时发出紫色光）；若红、绿、蓝三种LED同时点亮时，它会产生白光。如果有电路能使红、绿、