《LED應(yīng)用技術(shù)》學(xué)習(xí)單元8 LED新技術(shù)與配光應(yīng)用

1學(xué)習(xí)單元8LED新技術(shù)與配光應(yīng)用8.1LED控制系統(tǒng)新技術(shù)8.2LED的應(yīng)用與配色8.3LED的二次光學(xué)設(shè)計(jì)8.4LED的防靜電控制8.1LED控制系統(tǒng)新技術(shù)2常見LED燈飾控制系統(tǒng)1

LED控制協(xié)議與接口提綱4聯(lián)網(wǎng)控制與單機(jī)控制3LED-NET系統(tǒng)的特點(diǎn)

TCP/IP協(xié)議(TransferControlProtocol/InternetProtocol)叫做傳輸控制／網(wǎng)際協(xié)議，又叫網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這個協(xié)議是Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。1

LED控制協(xié)議與接口1）TCP/IP

2）DMX512DMX512協(xié)議最先是由USITT發(fā)展成為從控制臺用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口控制調(diào)光器的方式。

DMX512超越了模擬系統(tǒng)，但不能完全代替模擬系統(tǒng)。

DMX512的簡單性、可靠性以及靈活性使其迅速成為資金允許情況下選擇的協(xié)議，除了調(diào)光器外，還有一系列不斷增長的控制設(shè)備。

DMX512仍然是科學(xué)上的一個新領(lǐng)域，具有在規(guī)則基礎(chǔ)上產(chǎn)生的各種技術(shù)。串行SPI控制方式。以級聯(lián)的方式進(jìn)行控制。由于這種控制方式的芯片是專為LED顯示屏設(shè)計(jì)的，而為顯示屏設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動芯片是多路的，如8路、16路，所以這種控制方式應(yīng)用較多的是在LED輪廓燈上。以RS485聯(lián)網(wǎng)控制方式。每個LED燈具內(nèi)置一片單片機(jī)進(jìn)行控制并連接到RS485總線上，通過一臺控制器對RS485總線上的每個單片機(jī)進(jìn)行控制。DMX512控制系統(tǒng)。目前，DMX512是應(yīng)用最廣泛的LED控制系統(tǒng)，實(shí)際上是LED市場單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)。2常見LED燈飾控制系統(tǒng)LED—NET系統(tǒng)由PC應(yīng)用軟件、DMX512炫彩燈光控制器、DMX512解碼器、DMX512地址寫入器等組成。LED—NET系統(tǒng)可分為Ethernet和DMX512區(qū)兩部分，兩部分可以分離開，也可以結(jié)合在一起。由于DMX512協(xié)議要對每個接收設(shè)備設(shè)定地址，通常是每個接收設(shè)備有一個二進(jìn)制或十進(jìn)制拔碼開關(guān)設(shè)定地址。3LED-NET系統(tǒng)的特點(diǎn)通過局域網(wǎng)與PC連接實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)時(shí)顯示PC機(jī)上顯示的圖像，采用這種連接方式使系統(tǒng)組網(wǎng)更加靈活方便，可以控制無限多的LED燈飾，也可實(shí)現(xiàn)脫機(jī)控制。每個炫彩燈光控制器都有一個MMC/SD卡接口，通過PC端軟件把變化程序燒寫在MMC/SD卡上，通過RS485總線實(shí)現(xiàn)N臺控制器的同步。4聯(lián)網(wǎng)控制與單機(jī)控制使用一臺炫彩燈光控制器，把用PC軟件制作好的變化程序?qū)懙届挪薀艄饪刂破鞯腗MC/SD卡上。可控制單色512/1024或全彩170/340個像素點(diǎn)。炫彩燈光控制器應(yīng)用8.2LED的應(yīng)用與配色

2LED應(yīng)用在顯示屏1

LED交通信號燈配光應(yīng)用提綱4超高亮LED控制技術(shù)3配色和混色問題

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LED交通信號燈配光應(yīng)用1）交通信號燈基本光學(xué)系統(tǒng)白熾燈交通信號燈結(jié)構(gòu)

LED交通信號燈結(jié)構(gòu)

無論是歐洲的ECE、美國的ITE，還是我國的國家標(biāo)準(zhǔn),對于信號燈光分布的要求大多體現(xiàn)為H-V系統(tǒng)內(nèi)的光強(qiáng)分布。因此，可以計(jì)算出達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最小光通量2）光通量的估算利用此式可以計(jì)算所用LED的光通量LED光強(qiáng)分布示例

透鏡越厚，意味著光在經(jīng)過透鏡過程中損失越多，并且計(jì)算中用薄透鏡近似而引入的誤差也越大。3）透鏡單元菲涅耳透鏡與凸透鏡厚度比較

LED交通信號燈單元結(jié)構(gòu)示意圖

LED交通信號燈2LED應(yīng)用在顯示屏

LED背光

LED顯示屏紅色LED燈亮度為cd/m2÷點(diǎn)數(shù)/m2×0.3÷2綠色LED燈亮度為cd/m2÷點(diǎn)數(shù)/m2×0.6藍(lán)色LED燈亮度為cd/m2÷點(diǎn)數(shù)/m2×0.1例如：每平米2500點(diǎn)密度，2RIGIB，每平米亮度要求為5000cd/m2，則紅色LED燈亮度為5000÷2500×0.3÷2-0.3(cd)綠色LED燈亮度為5000÷2500×0.6÷2-1.2(cd)藍(lán)色LED燈亮度為5000÷2500×0.1-0.2(cd)每像素點(diǎn)的亮度為0.3×2+1.2-1-0.2=2.0(cd)注：此處以亮度為計(jì)算依據(jù)，紅、綠、藍(lán)的亮度以3：6：1的比例關(guān)系設(shè)置。

LED應(yīng)用在顯示屏中亮度及點(diǎn)密度的計(jì)算在不同的環(huán)境背景條件下，LED顯示屏所需的亮度是不同的，一般情況如下：室內(nèi)：大于800cd/m2；半室內(nèi)：大于2000cd/m2；戶外（坐南朝北）：大于4000cd/m2；戶外（坐北朝南）：大于8000cd/m2。

在不同的環(huán)境下LED顯示屏需要的亮度室內(nèi)室外顯示屏LED顯示屏與LED燈飾的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)相同點(diǎn)都是采用LED發(fā)光管;都是用紅、綠、藍(lán)三種發(fā)光管形成豐富的色彩;均可顯示各種色彩的文字、圖像、視頻;主要區(qū)別顯示屏要求LED發(fā)光管的一致性要高;顯示屏點(diǎn)陣的排列緊密，燈飾的排列稀疏;顯示屏顯示精細(xì)的圖像與視頻顯示屏生產(chǎn)成本較高，燈飾生產(chǎn)成本較低。

LED大屏是由大量的發(fā)光二極管組成的，必須對所用發(fā)光二極管的光電參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和測試，才能達(dá)到良好的白平衡。簡單的估算和憑肉眼感覺判斷是不可能有好效果的。3配色和混色問題

LED真彩顯示單元

1)LED的排列結(jié)構(gòu)在同一個發(fā)光單元中LED應(yīng)緊密排列，這樣可使得各LED的光斑在觀賞者眼中成像重疊；相鄰發(fā)光單元中心距應(yīng)相同，并且該中心距滿足4超高亮LED控制技術(shù)顯示控制電路分為三個模塊：紅色模塊、綠色模塊、藍(lán)色模塊。

2)控制電路結(jié)構(gòu)控制電路結(jié)構(gòu)微控制器通過一條數(shù)據(jù)輸出線向LED驅(qū)動芯片的串行數(shù)據(jù)輸入腳發(fā)送串行數(shù)據(jù);另一條數(shù)據(jù)輸出線向LED驅(qū)動芯片的時(shí)鐘信號輸入腳發(fā)送時(shí)鐘控制信號;微控制器向LED驅(qū)動芯片的輸出允許控制腳發(fā)出輸出使能信號，使LED驅(qū)動芯片根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光。若將紅、綠、藍(lán)三基色LED按一定比例和一定的結(jié)構(gòu)排列起來，可顯示出各種顏色、多種圖案、文字以及其組合形成的任意動態(tài)顯示效果。3)控制原理運(yùn)用嵌入式控制技術(shù)對每個紅、綠、藍(lán)LED實(shí)現(xiàn)全數(shù)字的、獨(dú)立的控制，每種單基色可產(chǎn)生256級灰度?？蓪?shí)現(xiàn)按占空比方式對各紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光灰度協(xié)調(diào)控制，使三基色發(fā)光二極管按灰度等級混合后可以產(chǎn)生1600多萬(2563)種顏色。由于能對每個紅、綠、藍(lán)LED管實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，這樣本控制電路可以根據(jù)用戶需求，全彩地顯示各種圖案、文字以及兩者任意組合而產(chǎn)生的各種效果。4)控制電路特點(diǎn)8.3LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)

2LED系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)1LED光學(xué)設(shè)計(jì)的基本光學(xué)元件提綱透鏡的作用是使點(diǎn)光源發(fā)出的光線進(jìn)行匯集或發(fā)散，起到改變出光角度的大小從而改變照明面積和照度的作用。在實(shí)際使用中，通過改變光源到鏡頭的距離Lf來控制光束發(fā)散角W。1LED光學(xué)設(shè)計(jì)的基本光學(xué)元件1）透鏡透鏡對光線的作用

拋物面:拋物反射面把位于焦點(diǎn)，處的光源所發(fā)出的光線變?yōu)槠叫泄?）非球面反射鏡拋物面橢球面:橢球反射面把位于第一焦點(diǎn)F1處的光源匯聚到另一焦點(diǎn)F2處，從而起到匯聚光線的作用

橢球面雙曲面:雙曲反射面是把焦點(diǎn)F2處的光源成像在虛焦點(diǎn)F1處，相當(dāng)于光線由F1發(fā)出，實(shí)際起到改變光源發(fā)散角的作用

雙曲面3）折光板柱形或球形折光板

梯形折光板齒形折光板散射板的原理與梯形折光板或柱形折光板相同，主要在一個方向擴(kuò)展光束角，同時(shí)使照明均勻。在用做信號燈時(shí)，可以使發(fā)光面顯示均勻。

2LED系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)1）散射型LED的散射型系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)由于LED單管封裝時(shí)聚光能力有限，因此需外加透鏡或透鏡陣列進(jìn)一步聚光，從而達(dá)到提高光強(qiáng)的目的。

2）聚光型LED的聚光型系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)8.4LED的防靜電控制

2帶電電位與體電阻率1靜電基礎(chǔ)知識提綱4防靜電措施3生產(chǎn)環(huán)境什么是靜電(ES，electrostatic)，即由于電荷和電場的存在而產(chǎn)生的一切現(xiàn)象。靜電并非靜止不動的電，而是緩慢移動的電荷。其磁效應(yīng)可以忽略。靜電與常用電從性質(zhì)上是一樣的，本質(zhì)都是電荷。1靜電基礎(chǔ)知識

1）靜電的概念

2）靜電現(xiàn)象靜電力學(xué)現(xiàn)象靜電引力，像靜電吸塵、靜電植絨、靜電復(fù)印機(jī)等；靜電排斥力，如紙張布卷繞不齊、不規(guī)則，整形不佳，混合不良。靜電感應(yīng)現(xiàn)象靜電噪音，機(jī)器損耗，繼電器與電子元件誤工作，自控失靈，電路不良，必須加以靜電屏蔽。我們常見的油輪、油罐汽車上會帶有一根鐵鏈連接地面，就是用于靜電放電。靜電放電現(xiàn)象靜電噪音、放電噼啪聲，雷鳴電閃，天空烏云與地面正負(fù)電荷放電，等等?？梢詫?dǎo)致電子元器件pn結(jié)擊穿、自動開關(guān)誤操作等。3）靜電的產(chǎn)生

任何物體上的靜電，主要都是由于摩擦或感應(yīng)兩個過程產(chǎn)生的，這是一種普通的物理過程，尤其是干燥環(huán)境下的氣體或者高純水高速流動過物體表面，都會使之帶上電荷。一般情況下，無機(jī)材料（如石棉、玻璃、云母等）更易帶正電荷；有機(jī)高分子材料（如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯樹脂、聚亞胺酯等）易帶負(fù)電荷。

物體摩擦帶電情況靜電來源相對濕度10%～25%RH的靜電電位相對濕度65%～90%RH的靜電電位行走在地毯上35000V15000V行走在膠地板上12000V250V在工作臺上操作6000V100V撿起塑料膠袋20000V1200V推動發(fā)泡膠椅子18000V1500V人在室內(nèi)做出動作時(shí)所帶的靜電體電阻處于1011～l014Ω·cm的絕緣體最易摩擦起電；體電阻<l010Ω·cm的材料含雜質(zhì)多，導(dǎo)電性較好，產(chǎn)生靜電可以很快消失。工作人員穿著橡膠鞋、聚乙烯拖鞋、合成纖維襪子在車間內(nèi)走動，或在聚胺酯地面、塑料工作面上操作，可以使人體帶上2000～3000V的靜電。2帶電電位與體電阻率半導(dǎo)體制成器件電阻率(Ω·cm)導(dǎo)熱系數(shù)(W／(m·k))散熱性抗靜電電壓(v)硅二極管三極管的襯底10-2～l02<l09150較好600碳化硅紅色LED的襯底105～l06490好1000藍(lán)寶石藍(lán)光、白光LED的襯底>10649較差500硅、碳化硅、藍(lán)寶石的物理特性3生產(chǎn)環(huán)境

地面、墻壁、工作臺帶靜電情況：光刻車間塑料板地面的靜電電位約為500～1000V，擴(kuò)散、洗手間的塑料墻紙為500～1500V，清洗間的瓷質(zhì)地面為0～1500V，擴(kuò)散間的塑料墻地面為700V，塑料頂棚為0～1000V。臺面為500～2000V，最高可達(dá)5kV。風(fēng)口、擴(kuò)散間鋁孔板的送風(fēng)口為500～700V。人和服裝可為30kV，非接地操作人員一般可帶3～5kV，高時(shí)可達(dá)10kV。噴射清洗液的高壓純水為2kV，聚四氟乙烯支架有8～12kV，芯片托盤為6kV，硅片間的隔紙可達(dá)2kV。各環(huán)節(jié)要盡量減少接觸這類LED器件的人數(shù)，限制人員不必要的走動，搬推椅子。使用導(dǎo)電率好的包裝袋來包裝LED。應(yīng)戴上手套接觸LED器件（但不能戴尼龍和橡皮手套）。取出備用的LED器件后不要堆疊在一起，器件盡量不要互相接觸。從包裝袋中取出而暫時(shí)不用的器件，應(yīng)用防靜電袋包起來。必須用手接觸LED的器件時(shí)，應(yīng)接觸管殼而避免接觸LED器件的引出端。要接觸LED器件前，應(yīng)將手或身體接“地”一下，把靜電釋放干凈。4防靜電措施電烙鐵要求永久接地。工作環(huán)境的相對濕度應(yīng)保持在50%左右，不穿容易產(chǎn)生靜電的工作服。車間地面應(yīng)采用含碳塑料、含碳橡膠或?qū)щ娨蚁┳龀?，電阻率?lt;105Ω·cm或用靜電耗散性材料，電阻率應(yīng)在105Ω·cm～l09Ω·cm之間。椅子和工作臺