【正文】 數(shù)。光子嫩膚技術(shù)被定義為使用連續(xù)的強(qiáng)脈沖光在低能量密度下進(jìn)行非剝脫方式的嫩膚治療。自 2021年問世以來短短幾年內(nèi)，光子嫩膚技術(shù)迅速普及全國，在各大中城市得到廣泛應(yīng)用，目前已成為改善皮膚光老化的主要手段之一，這種技術(shù)可明顯改善皮膚皺紋、質(zhì)地粗糙、不規(guī)則色素沉著及毛孔粗大等現(xiàn)象，已經(jīng)得到眾多技術(shù)專業(yè)人員和美容訴求者的認(rèn)可 【 8】 。皮膚光老化的特征性組織學(xué)改變是真皮基質(zhì)中彈力纖維變性和膠原纖維成熟障礙，從而導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)松弛和皺紋。研究發(fā)現(xiàn)可見光到近紅外的 LED 光穿透皮膚表皮到達(dá)皮膚真皮層后，通過光熱和光化學(xué)作 用，促使彈力纖維和膠原纖維再生和重新排列，從而達(dá)到減輕皮膚皺紋、增加彈性的效果。預(yù)防或治療炎癥后色素沉著：炎癥后皮膚出現(xiàn)色素沉著在皮膚物理和化學(xué)美容中是常見的、很難避免的現(xiàn)象，特別易于出現(xiàn)在亞洲人群。例如在臨床上為減輕激光治療后皮膚色素沉著的程度，一般都避開紫外線過強(qiáng)的季節(jié)、囑患者避免日曬、涂抹防曬霜等，但炎癥后色素沉著還是很難完全避免。近年來有研究發(fā)現(xiàn)， 660nm 的 LED光可以預(yù)防甚至可以治療這種炎癥后出現(xiàn)的皮膚色素沉著，這將會是皮膚美容界一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。 減輕炎癥：已經(jīng)有系列的研究表明 LED 具有抗炎的 作用。研究發(fā)現(xiàn) 635nm 的LED光可以抑制牙齦的成纖維細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì) —— 前列腺環(huán)素 E2(PGE2)，從而減輕牙齦的炎癥反應(yīng)。在脈沖染料激光治療皮膚光老化前如果采用 LED 光源提前照射，可以減輕染料激光引起的皮膚紅斑、腫脹和疼痛等不適。在乳腺癌患者的放射治療前采用 LED 光源提前照射可以減輕放療的副作用。疤痕的預(yù)防：瘢痕疙瘩是臨床上影響美容而且治療困難的一種皮膚疾患，是皮膚損傷后結(jié)締組織過度增生所引起?；颊咄哂旭：垠w質(zhì)。在臨床上開始為小而堅(jiān)硬的紅色丘疹，緩慢增大，產(chǎn)生圓形、橢圓形或不規(guī)則性瘢痕，高出皮面，呈 蟹足狀向外伸展，皮膚光滑、發(fā)亮，可伴有疼痛、瘙癢等不適。臨床治療困難、療效不理想 【 9】 。有研究發(fā)現(xiàn) LED 可明顯改善患者的疼痛、瘙癢等不適感，使瘢痕變平，同時(shí)具有無創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 LED 基本常識 LED 基本結(jié)構(gòu)及其封裝 LED（發(fā)光二極管）封裝是指發(fā)光芯片的封裝，相比集成電路封裝有較大不同。 LED 的封裝不僅要求能夠保護(hù)燈芯，而且還要能夠透光。所以 LED的封裝對封裝材料有特殊的要求。 LED 封裝技術(shù)大都是在分立器件 封裝 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)， 封裝 的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而 LED 封裝 則是完成輸出電信號，保護(hù) 管芯 正常工作，輸出：可見光的功能，既有電 參數(shù) ，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于 LED。根據(jù)發(fā)光 顏色 、 芯片 材料、發(fā)光 亮度 、尺寸大小等情況特征來分類的。單個(gè)管芯一般構(gòu)成點(diǎn)光源，多個(gè)管芯組裝一般可構(gòu)成面 光源 和線光源，作信息狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個(gè)管芯，通過管芯的適當(dāng)連接 (包括串聯(lián)和并聯(lián) )與合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的，構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā) 光段和發(fā)光點(diǎn)。表面貼裝 LED 可逐漸替代引腳式 LED，應(yīng)用設(shè)計(jì)更靈活，已在 LED顯示市場中占有一定的份額，有加速發(fā)展趨勢。固體照明光源有部分產(chǎn)品上市，成為今后 LED的中、長期發(fā)展方向 【 10】 。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國 LED 封裝產(chǎn)業(yè)已趨于成熟。近幾年 LED 封裝企業(yè)積極過會上市，在資本市場及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長的需求助力下，企業(yè)規(guī)模擴(kuò)張速度加快，產(chǎn)能高速增長，國內(nèi) LED封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大， 2021年國內(nèi) LED 封裝總產(chǎn)值達(dá)到 438億元，與 2021年相比增長 %，其中廣東省產(chǎn)值達(dá)到 323億元，增長 %， 占國內(nèi) LED 封裝總產(chǎn)值的 %。國內(nèi) LED 封裝產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值高速增長主要是因?yàn)槎鄶?shù)國際 LED 封裝廠家因看好中國國內(nèi)應(yīng)用市場，紛紛在國內(nèi)設(shè)立生產(chǎn)基地，加大國內(nèi)產(chǎn)業(yè)銷售力度，以及國內(nèi)公司擴(kuò)大產(chǎn)能規(guī)模，投資的產(chǎn)能得到釋放所致 【 11】 。 圖 21 LED 結(jié)構(gòu)圖 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 圖 22 LED 使用壽命與溫度關(guān)系圖 LED 性能參數(shù) LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著在一個(gè)支架上，是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo) 地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN 結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成 PN結(jié)材料決定的。 (1)光通量 (lm) 由于人眼對不同波長的電磁波具有不同的靈敏度，我們不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來衡量光能量，必須采用以人眼對光的感覺量為基準(zhǔn)的單位 光通量來衡量。光通量用符號Φ表示，單位為流明 (lm)。 (2)發(fā)光強(qiáng)度 (cd) 光通量是說明某一光源向四周空間發(fā)射出的總光能量。不同光源發(fā)出的光通量在空間的分布是不同的。發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎德拉，符號為 cd，它表示光源在某單位球面度立體角 (該物體表面對點(diǎn)光源形成的角 )內(nèi)發(fā)射出的光通量。 1 cd = 1 lm/1 sr (sr：立體角的球面度單位 )。 (3)亮度 (cd/m2) 亮度是表示眼睛從某一方向所看到物體發(fā)射光的強(qiáng)度。單位為坎德拉 /平方米 [cd/m2]，符號為 L，表明發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量，它等于 1平方米表面上發(fā)出 1 坎德拉的發(fā)光強(qiáng)度。 (4)色溫 ( Color Temperature ) 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的溫度就稱為該光源的色溫，用絕對溫度 K(開爾文，開氏度 = 攝氏度 + )表示。 LED 的亮度是跟 LED 的發(fā)光角度有必然關(guān)系的 ,LED 的角度越小它的亮度越高 ,沒有什么超亮不超亮的 ,那是騙小孩的 ,如果是質(zhì)量好的 LED 不管是哪家 LED 廠家生產(chǎn)的大家的亮度都差不多的 【 12】 ,只是生產(chǎn)工藝不一樣 ,使用壽命略有不同 ,因?yàn)榇蠹矣玫亩际悄菐准覈獾?LED芯片 .如果是 5MM的 LED180度角的白光 的發(fā)光強(qiáng)度只有幾百 MCD,如果是 15度角的光強(qiáng)就要去到一萬多兩萬 MCD的了 ,光強(qiáng)相差好幾十倍了 ,如果是用于照明用的 ,在戶外最好是用大功率的 LED了 ,亮度就更高了 ,單個(gè)功率有 1W,3W,5W,還有的是用多個(gè)大功率組合成一個(gè)大功率的 LED,功率去到幾百 W都有。色溫和亮度沒關(guān)系，而亮度和流明值有關(guān)。 (5)顯色性 (Color rendering property) 原則上，人造光線應(yīng)與自然光線相同，使人的肉眼能正確辨別事物的顏色，當(dāng)然，這要根據(jù)照明的位置和目的而定。光源對于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性。通常叫做 顯色指數(shù) (Ra)。顯色性是指事物的真實(shí)顏色 (其自身的色澤 )與某一標(biāo)準(zhǔn)光源下所顯示的顏色關(guān)系。 Ra 值的確定，是將 DIN6169 標(biāo)準(zhǔn)中定義的 8種測試顏色在標(biāo)準(zhǔn)光源和被測試光源下做比較，色差越小則表明被測光源顏色的顯色性越好。 Ra值為 100的光源表示，事物在其燈光下顯示出來的顏色與在標(biāo)準(zhǔn)光源下一致 【 13】 。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9第三章 方案設(shè)計(jì) 本節(jié)提出了一套 LED 治療儀器設(shè)計(jì)方案，該儀器具有程序自動控制，用戶自定義操作，工作方式（脈沖和連續(xù)）自由選擇、光強(qiáng)度、治療時(shí)間可調(diào)的特點(diǎn)。雖然 LED在生物醫(yī) 學(xué)方面的應(yīng)用非常廣泛，但治療機(jī)理大體相同，都是基于光生物調(diào)節(jié)作用，在治療過程中主要關(guān)心的是治療波長、照射劑量（照射光強(qiáng)治療時(shí)間）和 LED光工作方式三個(gè)參數(shù)，而本套設(shè)計(jì)方案的主機(jī)電路控制與驅(qū)動部分具有 LED光強(qiáng)調(diào)節(jié)、時(shí)間調(diào)節(jié)和工作方式選擇的功能。 儀器要求能夠從按鍵屏獲得用戶的輸入信號，并且能對輸入信號做出回應(yīng)，將處理過程同步顯示在數(shù)碼管上，根據(jù)用戶的定制需要輸出控制信號，控制 LED 陣列以脈沖和連續(xù)兩種方式工作，同時(shí)可以由選擇不同的波長來進(jìn)行治療。并且預(yù)制若干種治療方案，還能夠進(jìn)行手 動設(shè)置治療方案。同時(shí)設(shè)計(jì)合理的用于皮膚治療的 LED陣列結(jié)構(gòu)，使輸出光波能量密度均勻。 圖 系統(tǒng)框架圖 如圖 ，本儀器以 CPU 為控制中心，以按鍵屏為輸入設(shè)備，數(shù)碼管作為顯示指示設(shè)備，音樂播放功能通過另一模塊的存儲芯片與單片機(jī)引腳的連結(jié)實(shí)現(xiàn)， CPU 通過外部接口電路控制 LED陣列工作 【 14】 。系統(tǒng)供電的有兩個(gè)部分，其中一部分給控制電路供電，另一部分為 LED提供電源。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 LED 陣列設(shè)計(jì) 根據(jù)生活實(shí)際的應(yīng)用需求，我們的 LED 陣列采用兩種波長的 LED，分別是 630nm， 596nm，波長范圍177。 。 LED 的直徑為 5mm，每個(gè) LED 的額定功率為 左右。由于 LED 是半導(dǎo)體組成的器件，所以采用恒定電源的方式來驅(qū)動比較好。如下圖 所示，波長不同的LED 的額定正向壓降各不相同，因此，如果將 2 種波長的 LED 使用相同的高電平，必將造成某種波長的 LED的正向電壓過載，正向電流急劇上升，可能會導(dǎo)致某種波長 LED 的損壞?；蛘?，使用相同的低電平，則將有其中一種波長的 LED的發(fā)光功率不足。因此，為了便于控制，保證 LED 的正常工作，使用 2路電源分別對 2 種波長的 LED（即紅藍(lán)光）進(jìn)行供電。 圖 深圳藍(lán) 科公司生產(chǎn)的三種波長的 LED 的 UI 曲線 圖 LED 陣列示意圖 在 LED 陣列的排列上，要求各種波長的 LED 的發(fā)光的均勻性。并且要便于 PCB 板的制作。一個(gè)陣列的尺寸為 288 192 mm，共有兩個(gè)相同大小的陣列組成。 2 種波長的 LED 的湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 外徑為 ，每個(gè) LED 額定功率為 ， LED 陣列總共需要消耗較大的功率。兩個(gè)陣列中，單種波長的 LED 有 384個(gè)，根據(jù)前面的分析，每種波長的 LED 采用單獨(dú)的電源供電，因此單個(gè)電源的輸出功率必須要大于 W。兩種波長的 LED 采用如上圖 方式進(jìn) 行排列。 輸入部分設(shè)計(jì) 輸入的部分由三個(gè)按鈕組成，“ TIME”按鈕負(fù)責(zé)時(shí)間設(shè)定，“ START”按鈕控制開與關(guān)，“ WAY”按鈕實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)燈的切換。 圖 時(shí)間鍵、開始 /終止鍵、燈控鍵 顯示部分設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 LED 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為七段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位“ +1”型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的 【 15】 。圖 2 是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。 LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管引腳圖。 圖 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖與引腳編碼 圖 二段八位數(shù)碼管電路圖 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 從上面可以看出，要是數(shù)碼 管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件： 是要在 VT端（ 3/8 腳）加正電源； 要使（ a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或 “ 0” 電平。這樣才能顯示的。以 共陽極 LED 數(shù)碼管為例，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下： 圖 共陰極數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 排阻，就是若干個(gè)參數(shù)完全相同的 電阻 ，它們的一個(gè)引腳都連到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。所以如果一個(gè)排阻是由 n個(gè)電阻構(gòu)成的，那么它就有 n+1只引腳，一般來說，最左邊的那