發(fā)光二極管（Light-Light emitting diode 3356）它是一種能將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的導(dǎo)體它改變了白熾燈鎢絲和節(jié)能燈三基色粉的原理，采用電場(chǎng)發(fā)光。當(dāng)直流電壓超過(guò)一定值時(shí)，二極管會(huì)發(fā)出某種顏色的光，具體的發(fā)光顏色與LED的制造材料有關(guān)。

發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，兩種半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為P-n結(jié)。在一些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，多余的能量會(huì)以光的形式釋放出來(lái)，從而直接將電能轉(zhuǎn)化為光能?？筛鶕?jù)顏色、出光面特征、材料、結(jié)構(gòu)、不同種類的大氣，如強(qiáng)度角。

它具有節(jié)能、高效、耐用、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾年的快速發(fā)展，現(xiàn)代照明已經(jīng)應(yīng)用到現(xiàn)在、數(shù)字顯示等領(lǐng)域，而發(fā)光二極管在各行各業(yè)的應(yīng)用也促進(jìn)了半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制造和使用。

誕生

1962年，英國(guó)科學(xué)家用砷化鎵制造了第一個(gè)“現(xiàn)代”LED，但是只能發(fā)出看不見(jiàn)的紅外光。所以最早的發(fā)光二極管是從紅外光開(kāi)始的，紅外發(fā)光二極管制成的紅外燈至今仍是夜視相機(jī)的重要光源。因?yàn)槠溟L(zhǎng)壽命、抗電擊、抗震等特性作為指示燈，于1968年商業(yè)化。

演變

20世紀(jì)70年代，隨著材料生長(zhǎng)和器件制備技術(shù)的提高，科學(xué)家用磷化鎵發(fā)出極淺的綠光，用雙磷化鎵芯片發(fā)出黃光。LED的顏色從紅光延伸到黃綠色。

20世紀(jì)80年代，隨著新型AlGaAs材料生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)出了高質(zhì)量的AlGaAs/GaAs量子阱可用于LED結(jié)構(gòu)，量子阱中載流子的限制效應(yīng)大大提高了LED的發(fā)光效率。

20世紀(jì)90年代，第四紀(jì)AlGaInP/由于使用了GaAs晶格匹配材料，LED的發(fā)光效率提高到幾十流明/W(Lm:流明，表示光通量的單位)美國(guó)惠普公司使用的是截頂金字塔(TIP)該管芯結(jié)構(gòu)獲得的橙紅色LED的效率達(dá)到100lm/W。

藍(lán)色LED技術(shù)已經(jīng)被征服

1989年，赤崎勇和天野 的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為GaN:Mg薄膜的P型導(dǎo)電是通過(guò)低能電子束輻照實(shí)現(xiàn)的，這成為藍(lán)光LED發(fā)明的又一重大突破。世界上第一次開(kāi)發(fā)了p-n結(jié)藍(lán)色LED。

InGaN于1992年首次在中村修二使用/GaN周期性量子阱結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的p-i-n結(jié)構(gòu)大大提高了藍(lán)光LED的發(fā)光效率。他還開(kāi)發(fā)了外延技術(shù)，用低溫生長(zhǎng)的GaN薄層代替AlN作為緩沖層。同時(shí)，Nakamura等人做了一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)解開(kāi)P型GaN之謎，發(fā)現(xiàn)電子束對(duì)P型激活的作用只能來(lái)自兩個(gè)因素?zé)峒せ詈透吣茈娮拥霓Z擊。他們將GaN:Mg樣品在N2和NH3氣氛中700℃以上退火，發(fā)現(xiàn)成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的p型GaN，打破了p  GaN的難題。

白光LED誕生了

1993年，藍(lán)光LED實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。1997 年，Schlotter  和Nakamura先后發(fā)明了一種白光LED，采用藍(lán)色LED管芯和黃色YAG熒光粉。2001年，Kafmann 等人用UV LED激發(fā)三基色熒光粉獲得白光LED，隨即出現(xiàn)了高效白光LED研究和產(chǎn)業(yè)化的國(guó)際競(jìng)賽，一直延續(xù)至今，發(fā)光效率不斷提高，目前已超過(guò)300lm/W（Lm:流明，表示光通量的單位），電光轉(zhuǎn)換率達(dá)到50% 以上。

基本結(jié)構(gòu)

發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)是p-N結(jié)，由兩種不同極性的半導(dǎo)體材料組成， 分別是P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體又叫空穴型半導(dǎo)體，即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體又叫電子半導(dǎo)體，即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。

發(fā)光原理

有額外電子的n型半導(dǎo)體，有額外電子的P型半導(dǎo)體'空穴'電子可以在空穴之間跳躍，從一個(gè)空穴轉(zhuǎn)移到另一個(gè)空穴。電子的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電流當(dāng)正向電流通過(guò)晶片時(shí)，電子會(huì)與P區(qū)的空穴結(jié)合，然后發(fā)出能量，能量以光子的形式存在這就是半導(dǎo)體發(fā)光二極管的原理。

發(fā)光二極管光學(xué)參數(shù)的幾個(gè)重要方面是：電壓、電流、光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度等。

發(fā)光二極管

電流電壓

LED中的電流包括正向電流、正向電壓、反向電流、反向電壓。直流電壓是LED器件在規(guī)定的正電流條件下的電壓測(cè)量?jī)蓸O間的電壓降時(shí)，必須使用恒流源為L(zhǎng)ED器件供電，其輸出電流值應(yīng)調(diào)整到LED的規(guī)定工作電流此時(shí)，可以通過(guò)用電壓表測(cè)量LED兩端的電壓來(lái)測(cè)量直流電壓。

反向電壓是被測(cè)LED流過(guò)的反向電流為一定值時(shí)，兩極之間產(chǎn)生的電壓；反向電流是測(cè)量當(dāng)特定的反向電壓施加到被測(cè)LED器件時(shí)產(chǎn)生的反向電流。

光通量

LED光源發(fā)出的輻射通量中能引起人視覺(jué)的部分稱為光通量，是單位時(shí)間內(nèi)光源向整個(gè)空間發(fā)出的能引起人視覺(jué)的輻射通量在測(cè)量了LED的光通量或輻射通量后，我們可以通過(guò)計(jì)算得到LED器件的發(fā)光效率或輻射效率。

發(fā)光效率

發(fā)光效率是光通量與電功率的比率。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性，是衡量現(xiàn)代光源性能的重要指標(biāo)。

其它領(lǐng)域

隨著器件水平的發(fā)展，一些新的應(yīng)用被開(kāi)發(fā)出來(lái)。比如在農(nóng)業(yè)上，用特殊波長(zhǎng)的紫外線LED可以殺蟲(chóng)；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如治療癌癥，特殊波長(zhǎng)的紫外LED可以植入體內(nèi)，靶向照射癌細(xì)胞等等。

發(fā)光強(qiáng)度和輻射強(qiáng)度

發(fā)光強(qiáng)度是其在某一方向發(fā)光強(qiáng)度的標(biāo)志由于LED的光強(qiáng)在不同的空間角度變化很大，我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。該參數(shù)直接影響LED顯示設(shè)備的最小視角。比如體育場(chǎng)館中的LED大型彩色顯示屏，如果LED單管的分布范圍很窄，那么大角度面對(duì)顯示屏的觀眾會(huì)看到失真的圖像。而且交通信號(hào)燈也需要大范圍的人群來(lái)識(shí)別。

光譜特性

光譜能量分布表示LED光輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)每個(gè)波長(zhǎng)的輻射功率分布。它還決定了 LED 發(fā)光顏色和光通量。在實(shí)際情況下，通常用相對(duì)譜功率分布來(lái)表示。LED 的光輻射的光譜分布不同于通常使用的光源典型LED的光輸出是帶寬為20nm至50nm的窄帶光譜。LED的光譜特性主要看其單色性好不好，要注意紅色、黃、藍(lán)、綠、白光LED等主色是否純凈。因?yàn)楹芏鄨?chǎng)合，比如紅綠燈，對(duì)顏色要求比較嚴(yán)格，但是觀察到國(guó)內(nèi)有些LED燈是綠中帶藍(lán)，紅中帶深紅從這個(gè)現(xiàn)象來(lái)看，我們研究發(fā)光二極管的光譜特性是非常必要和有意義的。

顏色分類

根據(jù)發(fā)光二極管的顏色不同，發(fā)光二極管可以分為紅色、橙、綠、藍(lán)燈顏色。此外，在一些發(fā)光二極管中有不止一個(gè)彩色芯片。此時(shí)可以根據(jù)發(fā)光處是否混有散射劑，是否有顏色來(lái)分類。上述彩色發(fā)光二極管可分為四種彩色和無(wú)色透明，彩色和無(wú)色散射。

特性分類

根據(jù)發(fā)光管發(fā)光面的不同，可分為圓形燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、用于表面安裝的微管等。圓形燈分為直徑2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm和 20mm等。從封裝技術(shù)上看，有陶瓷基環(huán)氧封裝和玻璃封裝結(jié)構(gòu)。

材料分類

發(fā)光二極管根據(jù)材料不同可分為砷化鎵發(fā)光二極管、磷鎵砷發(fā)光二極管、磷化鎵發(fā)光二極管、磷銦砷化鎵發(fā)光二極管和砷化鎵發(fā)光二極管等。

角度分布

根據(jù)光強(qiáng)的角度分布圖，可分為高指向型、標(biāo)準(zhǔn)型、散射型。高指向性類型一般是尖頭環(huán)氧封裝或帶金屬反射腔的封裝，不加散射劑半值角為5° ~ 20°或更小，因此具有較高的方向性，可用作局部照明光源或與光電探測(cè)器組合形成自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)型通常用作指示燈，其半值角為20° ~ 45°。散射型，是大視角的指示燈，半值角45 ~ 90°以上，散射劑用量大。

根據(jù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，都有環(huán)氧封裝、金屬基環(huán)氧樹(shù)脂封裝、陶瓷基環(huán)氧封裝和玻璃封裝結(jié)構(gòu)。

強(qiáng)度電流

根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度和工作電流，有普通亮度的led(發(fā)光強(qiáng)度100mcd)發(fā)光強(qiáng)度在10和10~100mcd之間的稱為高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾毫安到幾十毫安的范圍，而小電流LED的工作電流在2mA以下(亮度和普通LED一樣)

高節(jié)能

DC驅(qū)動(dòng)，超低功耗(單管0．(03 0)06 w)電光功率轉(zhuǎn)換接近100％在同等照明效果下，比傳統(tǒng)照明工具節(jié)能80％以上的耗能。由于LED的發(fā)光元件是半導(dǎo)體 PN結(jié)芯片，具有單向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶攸c(diǎn)，所以 LED燈只能由DC電源供電，所需驅(qū)動(dòng)電壓很低，單珠驅(qū)動(dòng)電壓為 3.2V-3.4V，功率很小。

響應(yīng)速度快、工作電壓低

因?yàn)槭前雽?dǎo)體器件，響應(yīng)時(shí)間一般是毫秒級(jí)，可以說(shuō)是瞬間。傳統(tǒng)熒光燈是靠整流器釋放的高壓點(diǎn)亮，而LED燈是在一定范圍內(nèi)(電壓可調(diào)8O245 V)可以在電壓范圍內(nèi)點(diǎn)亮，還可以調(diào)節(jié)亮度。

壽命長(zhǎng)

與傳統(tǒng)燈管相比，LED沒(méi)有容易燒壞的發(fā)光線、光衰等缺點(diǎn)，其壽命可達(dá)6 ~ 10萬(wàn) h，比傳統(tǒng)照明工具長(zhǎng)10倍左右。LED體積小，封裝一般是樹(shù)脂而不是玻璃，不容易損壞。LED 燈的實(shí)驗(yàn)室壽命可達(dá) 100000h，正常使用可達(dá) 50000h以上，且只要在額定電流范圍內(nèi)頻繁開(kāi)關(guān)電源或通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流，對(duì)LED  的壽命沒(méi)有影響。

亮度高、多變幻

發(fā)光二極管具有極高的亮度，可應(yīng)用于交通信號(hào)燈和霧燈。由于LED 光源的工作電流可以控制，因此通過(guò)電路設(shè)計(jì)也可以控制燈的亮度，實(shí)現(xiàn)照明控制的智能化。LED光源可以使用紅色、綠、基于藍(lán)色三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下，三種顏色具有256級(jí)灰度，可以任意混合，可以產(chǎn)生16777216種顏色，形成多種不同光色的組合，實(shí)現(xiàn)多彩的動(dòng)態(tài)變化效果和各種圖像。

顯色性高

顯色性是指光源顯示物體本身顏色的程度。LED燈的顯色指數(shù)高達(dá) 75%一90%非常接近自然光。在 LED 燈的照明下，人們可以很容易地識(shí)別物體的顏色，適用于商品柜臺(tái)、醫(yī)院手術(shù)臺(tái)、藝術(shù)室和室內(nèi)照明、室外道路照明等場(chǎng)所使用。LED燈的光色可以人為控制，通過(guò)配光滿足不同照明領(lǐng)域的要求。

利于環(huán)保

LED是全固態(tài)發(fā)光體，不含汞、鈉和其他對(duì)健康有害的物質(zhì)。廢棄物可循環(huán)利用，污染小，手感安全。是典型的綠色照明光源。

安全可靠

LED采用低壓供電，供電電壓在6~24V之間。因此，它是一種比使用高壓電源更安全的光源，尤其適用于公共場(chǎng)所。LED 發(fā)熱量低，幾乎沒(méi)有熱輻射，可以精確控制光的類型及其發(fā)光角度，光色柔和、無(wú)眩光。其內(nèi)置的微處理器系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)節(jié)發(fā)光模式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)的結(jié)合。

功率待改進(jìn)

LED 存在一些性能瓶頸和散熱問(wèn)題，比如靜電群放電損傷和熱膨脹系數(shù)效應(yīng)，使得它的功率不可能做得很大，亮度也很低。目前常用的大功率LED芯片有1w和3w。盡管集成芯片是可能的、多珠 LED 弦、大功率 LED燈實(shí)現(xiàn)并聯(lián)或串聯(lián)，但技術(shù)不成熟，后兩種效率低、用的較少。提高 LED 燈的功率，一是從芯片上提高功率，二是優(yōu)化電路設(shè)計(jì)提高功率。

散熱不佳

溫度的升高會(huì)加速 LED的光衰減，芯片節(jié)點(diǎn)的溫度直接影響 LED的壽命對(duì)于小功率LED，可以通過(guò)自然傳導(dǎo)和對(duì)流散熱，但對(duì)于大功率LED，散熱要考慮很多方面，技術(shù)還不成熟。在散熱設(shè)計(jì)中，熱量通常從LED封裝中散發(fā)、電路板散熱及增加散熱元件的考慮。比如對(duì)于大功率的 LED路燈，要解決散熱問(wèn)題，除了 本身具有良好的散熱結(jié)構(gòu)之外，還要利用路燈的外殼作為散熱通道，外殼要設(shè)計(jì)側(cè)面以上的散熱面和散熱鰭片，以利于空氣對(duì)流，或者外殼設(shè)計(jì)氣孔進(jìn)行對(duì)流散熱，風(fēng)扇輔助風(fēng)冷毛細(xì)管水冷還處于實(shí)驗(yàn)階段。

電源和電平指示燈

因?yàn)榘雽?dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且堅(jiān)固、抗沖擊、抗震動(dòng)、性能穩(wěn)定安全、材質(zhì)輕、尺寸小、制造成本低，所以經(jīng)常用紅外發(fā)光管做電視、在錄音機(jī)等的遙控中。半導(dǎo)體發(fā)光二極管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種電子儀器中、在電子設(shè)備中用作電源和液位指示器。

照明

發(fā)光二極管使用壽命長(zhǎng)、功率小、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)， 符合節(jié)能減排的綠色經(jīng)濟(jì)理念，應(yīng)用于現(xiàn)代城市的照明領(lǐng)域。人們將紅、綠、藍(lán)色發(fā)光二極管組合在一起， 可以根據(jù)不同的發(fā)光比例顯示不同的顏色此外，它還經(jīng)常被制成建筑導(dǎo)向燈并作為裝飾品安裝在建筑物上， 從而營(yíng)造一種氛圍。國(guó)內(nèi)各大高速公路的路燈也采用LED燈照明，部分路燈還結(jié)合了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，節(jié)省了大量能源。

LED顯示器

把常見(jiàn)的光電二極管組合成一個(gè)矩陣，然后做成不同大小的控制模塊，或者把多個(gè)光電二極管組合成同一個(gè)簇管。以此為一組圖像，將多個(gè)集束管拼接起來(lái)，配以專業(yè)的顯示集成電路，就可以形成一套光電二極管顯示屏。這種顯示屏可以形成各種顏色。

LED顯示屏根據(jù)使用環(huán)境分為室內(nèi)房間、戶外顯示屏；按顏色分為單色、雙色和全色顯示器。LED全彩顯示屏由RGB三色LED組成，每種基色有256個(gè)灰度級(jí)、色彩鮮艷、逼真的圖像，不僅可以顯示各種顏色的文字、圖形，還可以顯示3D電腦動(dòng)畫(huà)，尤其可以顯示高清晰度、彩色視頻動(dòng)態(tài)圖像。憑借以上優(yōu)勢(shì)，LED 已被廣泛應(yīng)用于市政廣場(chǎng)、演唱會(huì)、車站、機(jī)場(chǎng)和其他重要的地方。值得一提的是，中國(guó) LED 顯示屏的發(fā)展可以說(shuō)與世界水平基本同步LED 產(chǎn)業(yè)不僅在應(yīng)用技術(shù)上取得了巨大的成功，在創(chuàng)新能力上也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。

背光源

背光通常是指電腦手機(jī)等規(guī)格較小的液晶屏上由發(fā)光二極管led供電的光源由于其環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，led被廣泛用作手機(jī)操作面板、語(yǔ)音通話鍵盤(pán)及其攝像頭閃光燈等。如手機(jī)，如果使用LED作為操作面板，既節(jié)省了能耗，又能大大提高手機(jī)的續(xù)航能力。

在我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)時(shí)，手機(jī)面板、按鍵、閃光燈已經(jīng)普遍采用LED作為光源。這樣增加了手機(jī)電池的待機(jī)時(shí)間，使用起來(lái)更加方便。隨著科技的發(fā)展，手機(jī)的價(jià)格越來(lái)越低，一部手機(jī)平均需要幾十個(gè)表貼led，這意味著僅手機(jī)市場(chǎng)對(duì)led的需求就達(dá)到了數(shù)百億因此，移動(dòng)電話中使用的發(fā)光二極管的節(jié)能是相當(dāng)可觀的。此外，在筆記本背光領(lǐng)域，LED已經(jīng)逐漸取代冷陰極管背光成為主流。據(jù)悉，LED是用來(lái)代替原來(lái)的冷陰極燈管的經(jīng)測(cè)試，新型筆記本電腦比傳統(tǒng)筆記本電腦省電48左右%同時(shí)，它不包含健康危害、汞，一種對(duì)環(huán)境有害的重金屬，而LED背光產(chǎn)品的價(jià)格與CCFI背光模組相差不大，符合當(dāng)前的消費(fèi)需求。