1学习单元8 LED新技术与配光应用8.1 LED控制系统新技术8.2 LED的应用与配色 8.3 LED的二次光学设计 8.4 LED的防
静电控制8.1 LED控制系统新技术2 常见LED灯饰控制系统1 LED控制协议与接口提纲4 联网控制与单机控制3 LED-NET
系统的特点 TCP/IP协议(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)叫做传输
控制／网际协议，又叫网络通信协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础。1 LED控制协议与接口1）TCP/IP 2 ）D
MX512 DMX512协议最先是由USITT发展成为从控制台用标准数字接口控制调光器的方式。
DMX512超越了模拟系统，但不能完全代替模拟系统。 DMX512的简单性、可靠性以及灵活性使其迅速成为资金允许情
况下选择的协议，除了调光器外，还有一系列不断增长的控制设备。 DMX512仍然是科学上的一个新领域，具有在规则基础
上产生的各种技术。串行SPI控制方式。以级联的方式进行控制。由于这种控制方式的芯片是专为LED显示屏设计的，而为显示屏设计的LED
驱动芯片是多路的，如8路、16路，所以这种控制方式应用较多的是在LED轮廓灯上。以RS485联网控制方式。每个LED灯具内置一片单
片机进行控制并连接到RS485总线上，通过一台控制器对RS485总线上的每个单片机进行控制。DMX512控制系统。目前，DMX51
2是应用最广泛的LED控制系统，实际上是LED市场单独的标准。2 常见LED灯饰控制系统LED—NET系统由PC应用软件、DMX5
12炫彩灯光控制器、DMX512解码器、DMX512地址写入器等组成。LED—NET系统可分为Ethernet和DMX512区两部
分，两部分可以分离开，也可以结合在一起。 由于DMX512协议要对每个接收设备设定地址，通常是每个接收设备有一个二进制或十进制拔码
开关设定地址 。3 LED-NET系统的特点通过局域网与PC连接实现联网控制，实时显示PC机上显示的图像，采用这种连接方式使系统组
网更加灵活方便，可以控制无限多的LED灯饰，也可实现脱机控制。每个炫彩灯光控制器都有一个MMC/SD卡接口，通过PC端软件把变化程
序烧写在MMC/SD卡上，通过RS485总线实现N台控制器的同步。4 联网控制与单机控制使用一台炫彩灯光控制器，把用PC软件制作好
的变化程序写到炫彩灯光控制器的MMC/SD卡上。可控制单色512/1024或全彩170/340个像素点。炫彩灯光控制器应用8.2
LED 的应用与配色 2 LED应用在显示屏1 LED交通信号灯配光应用提纲4 超高亮LED控制技术3 配色和混色问题 1 LED
交通信号灯配光应用1）交通信号灯基本光学系统白炽灯交通信号灯结构 LED交通信号灯结构 无论是欧洲的ECE、美
国的ITE，还是我国的国家标准,对于信号灯光分布的要求大多体现为H-V系统内的光强分布。因此，可以计算出达到标准要求的最小光通量2
）光通量的估算利用此式可以计算所用LED的光通量LED光强分布示例 透镜越厚，意味着光在经过透镜过程中损失越多，
并且计算中用薄透镜近似而引入的误差也越大。3）透镜单元菲涅耳透镜与凸透镜厚度比较 LED交通信号灯单元结构示意图 LED交通信号灯
2 LED应用在显示屏 LED背光 LED显示屏红色LED灯亮度为cd/m2÷点数/m2×0.3÷2绿色LED灯亮度为cd/m
2÷点数/m2×0.6蓝色LED灯亮度为cd/m2÷点数/m2×0.1例如：每平米2500点密度，2RIGIB，每平米亮度要求为5
000cd/m2，则红色LED灯亮度为5000÷2500×0.3÷2-0.3(cd)绿色LED灯亮度为5000÷2500×0.6÷
2-1.2(cd)蓝色LED灯亮度为5000÷2500×0.1-0.2(cd)每像素点的亮度为0.3×2+1. 2-1-0. 2=
2.0(cd)注：此处以亮度为计算依据，红、绿、蓝的亮度以3：6：1的比例关系设置。 LED应用在显示屏中亮度及点密度的计算在不同
的环境背景条件下，LED显示屏所需的亮度是不同的，一般情况如下：室内：大于800cd/m2；半室内：大于2000cd/m2；户外（
坐南朝北）：大于4000cd/m2；户外（坐北朝南）：大于8000cd/m2。 在不同的环境下LED显示屏需要的亮度室内室外显示屏
LED显示屏与LED灯饰的相同点与不同点相同点都是采用LED发光管;都是用红、绿、蓝三种发光管形成丰富的色彩;均可显示各种色彩的文
字、图像、视频;主要区别显示屏要求LED发光管的一致性要高;显示屏点阵的排列紧密，灯饰的排列稀疏;显示屏显示精细的图像与视频显示屏
生产成本较高，灯饰生产成本较低。 LED大屏是由大量的发光二极管组成的，必须对所用发光二极管的光电参数进行设计
、计算和测试，才能达到良好的白平衡。 简单的估算和凭肉眼感觉判断是不可能有好效果的。3 配色和混色问题 LED
真彩显示单元 1)LED的排列结构 在同一个发光单元中LED应紧密排列，这样可使得各LED的光斑在观赏者眼中成像重叠；
相邻发光单元中心距应相同，并且该中心距满足4 超高亮LED控制技术显示控制电路分为三个模块：红色模块、绿色模块、蓝色模块。 2)
控制电路结构控制电路结构微控制器通过一条数据输出线向LED驱动芯片的串行数据输入脚发送串行数据;另一条数据输出线向LED驱动芯片的
时钟信号输入脚发送时钟控制信号;微控制器向LED驱动芯片的输出允许控制脚发出输出使能信号，使LED驱动芯片根据所存储的数据驱动LE
D发光。若将红、绿、蓝三基色LED按一定比例和一定的结构排列起来，可显示出各种颜色、多种图案、文字以及其组合形成的任意动态显示效果
。3) 控制原理 运用嵌入式控制技术对每个红、绿、蓝LED实现全数字的、独立的控制，每种单基色可产生256级灰度。
可实现按占空比方式对各红、绿、蓝LED发光灰度协调控制，使三基色发光二极管按灰度等级混合后可以产生1600多万(2563)种颜色
。 由于能对每个红、绿、蓝LED管实现独立控制，这样本控制电路可以根据用户需求，全彩地显示各种图案、文字以及两者任意组
合而产生的各种效果。4) 控制电路特点8.3 LED二次光学设计 2 LED系统的光学设计1 LED光学设计的基本光学元件提纲透镜
的作用是使点光源发出的光线进行汇集或发散，起到改变出光角度的大小从而改变照明面积和照度的作用。在实际使用中，通过改变光源到镜头的距
离Lf来控制光束发散角W。1 LED光学设计的基本光学元件1）透镜透镜对光线的作用 抛物面:抛物反射面把位于焦点，处的光源
所发出的光线 变为平行光 2）非球面反射镜 抛物面 椭球面:椭球反射面把位于第一焦点F1处的光源汇聚到另 一焦点F2处，
从而起到汇聚光线的作用 椭球面 双曲面:双曲反射面是把焦点F2处的光源成像在虚焦点F1处，相当于光线由F1发出，实际起到改变
光源发散角的作用 双曲面3）折光板柱形或球形折光板 梯形折光板齿形折光板 散射板的原理与梯形折光板或柱形折光板相同，主要在
一个方向扩展光束角，同时使照明均匀。在用做信号灯时，可以使发光面显示均匀。 2 LED系统的光学设计1）散射型LED的散射型系统
光学设计 由于LED单管封装时聚光能力有限，因此需外加透镜或透镜阵列进一步聚光，从而达到提高光强的目的。 2）聚光型LED的
聚光型系统光学设计8.4 LED 的防静电控制 2 带电电位与体电阻率1 静电基础知识提纲4 防静电措施3 生产环境
什么是静电(ES，electrostatic)，即由于电荷和电场的存在而产生的一切现象。 静电并非静止不动
的电，而是缓慢移动的电荷。其磁效应可以忽略。静电与常用电从性质上是一样的，本质都是电荷。1 静电基础知识 1）静电的概念 2）静电
现象静电力学现象 静电引力，像静电吸尘、静电植绒、静电复印机等；静电排斥力，如纸张布卷绕不齐、不规则，整形不佳，混合不良。静
电感应现象 静电噪音，机器损耗，继电器与电子元件误工作，自控失灵，电路不良，必须加以静电屏蔽。我们常见的油轮、油罐汽车上会带
有一根铁链连接地面，就是用于静电放电。静电放电现象 静电噪音、放电噼啪声，雷鸣电闪，天空乌云与地面正负电荷放电，等等。可以导
致电子元器件pn结击穿、自动开关误操作等。3）静电的产生 任何物体上的静电，主要都是由于摩擦或感应两个过程
产生的，这是一种普通的物理过程，尤其是干燥环境下的气体或者高纯水高速流动过物体表面，都会使之带上电荷。 一般
情况下，无机材料（如石棉、玻璃、云母等）更易带正电荷；有机高分子材料（如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯树脂、聚亚胺酯等）易带负电荷。
物体摩擦带电情况人在室内做出动作时所带的静电 体电阻处于1011～l014Ω·cm的绝缘体最易摩擦起电；体电
阻 纤维袜子在车间内走动，或在聚胺酯地面、塑料工作面上操作，可以使人体带上2000～3000 V的静电。2 带电电位与体电阻率硅、碳化
硅、蓝宝石的物理特性3 生产环境 地面、墙壁、工作台带静电情况：光刻车间塑料板地面的静电电位约为500～1000 V，扩散、洗手
间的塑料墙纸为500～1500 V，清洗间的瓷质地面为0～1500 V，扩散间的塑料墙地面为700 V，塑料顶棚为0～1000 V
。台面为500～2000 V，最高可达5 kV。风口、扩散间铝孔板的送风口为500～700 V。人和服装可为30 kV，非接地操作
人员一般可带3～5 kV，高时可达10 kV。喷射清洗液的高压纯水为2 kV，聚四氟乙烯支架有8～12 kV，芯片托盘为6 kV，
硅片间的隔纸可达2 kV。各环节要尽量减少接触这类LED器件的人数，限制人员不必要的走动，搬推椅子。使用导电率好的包装袋来包装LE
D。应戴上手套接触LED器件（但不能戴尼龙和橡皮手套）。取出备用的LED器件后不要堆叠在一起，器件尽量不要互相接触。从包装袋中取出
而暂时不用的器件，应用防静电袋包起来。必须用手接触LED的器件时，应接触管壳而避免接触LED器件的引出端。要接触LED器件前，应将
手或身体接“地”一下，把静电释放干净。4 防静电措施电烙铁要求永久接地。工作环境的相对湿度应保持在50%左右，不穿容易产生静电的
工作服。车间地面应采用含碳塑料、含碳橡胶或导电乙烯做成，电阻率η<105Ω·cm或用静电耗散性材料，电阻率应在105Ω·cm～l0
9Ω·cm之间。椅子和工作台上应附加一层静电耗散材料，椅子的电阻率应是l05Ω·cm～l08Ω·cm之间。工作服、棉制工作服有一定的导电性，最好使用防静电服。工作鞋要用静电耗散型材料做成，电阻率在l05Ω·cm～l08Ω·cm之间，也要有防静电鞋。带上防静电手镯实际上是手镯与手接触，再把手镯接“地”，这样手与地就成为同电位，可将人身上的静电释放。在工作区域使用离子风扇防止静电积累，因为离子风扇送出的负离子能与静电中和，不会使静电积累成很高电压。车间里所用的设备都要有良好的接地，接地电阻不能大于10Ω。车间入口处一定要有接地金属球，人进入时先摸金属球，以释放身上的静电。 |
|
