發光二極管（Light-Light emitting diode 3356）它是一種能將電能轉化為可見光的導體它改變了白熾燈鎢絲和節能燈三基色粉的原理，采用電場發光。當直流電壓超過一定值時，二極管會發出某種顏色的光，具體的發光顏色與LED的制造材料有關。

發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，兩種半導體之間有一個過渡層，稱為P-n結。在一些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時，多余的能量會以光的形式釋放出來，從而直接將電能轉化為光能。可根據顏色、出光面特征、材料、結構、不同種類的大氣，如強度角。

它具有節能、高效、耐用、綠色、環保等優點。經過幾年的快速發展，現代照明已經應用到現在、數字顯示等領域，而發光二極管在各行各業的應用也促進了半導體發光二極管的制造和使用。

誕生

1962年，英國科學家用砷化鎵制造了第一個“現代”LED，但是只能發出看不見的紅外光。所以最早的發光二極管是從紅外光開始的，紅外發光二極管制成的紅外燈至今仍是夜視相機的重要光源。因為其長壽命、抗電擊、抗震等特性作為指示燈，于1968年商業化。

演變

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

20世紀80年代，隨著新型AlGaAs材料生長技術的發展，生產出了高質量的AlGaAs/GaAs量子阱可用于LED結構，量子阱中載流子的限制效應大大提高了LED的發光效率。

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

藍色LED技術已經被征服

1989年，赤崎勇和天野 的研究團隊認為GaN:Mg薄膜的P型導電是通過低能電子束輻照實現的，這成為藍光LED發明的又一重大突破。世界上第一次開發了p-n結藍色LED。

InGaN于1992年首次在中村修二使用/GaN周期性量子阱結構取代了傳統的p-i-n結構大大提高了藍光LED的發光效率。他還開發了外延技術，用低溫生長的GaN薄層代替AlN作為緩沖層。同時，Nakamura等人做了一系列實驗來解開P型GaN之謎，發現電子束對P型激活的作用只能來自兩個因素熱激活和高能電子的轟擊。他們將GaN:Mg樣品在N2和NH3氣氛中700℃以上退火，發現成功實現了穩定的p型GaN，打破了p  GaN的難題。

白光LED誕生了

1993年，藍光LED實現量產。1997 年，Schlotter  和Nakamura先后發明了一種白光LED，采用藍色LED管芯和黃色YAG熒光粉。2001年，Kafmann 等人用UV LED激發三基色熒光粉獲得白光LED，隨即出現了高效白光LED研究和產業化的國際競賽，一直延續至今，發光效率不斷提高，目前已超過300lm/W（Lm:流明，表示光通量的單位），電光轉換率達到50% 以上。

基本結構

發光二極管的基本結構是p-N結，由兩種不同極性的半導體材料組成， 分別是P型半導體和N型半導體。p型半導體又叫空穴型半導體，即空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質半導體。n型半導體又叫電子半導體，即自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜質半導體。

發光原理

有額外電子的n型半導體，有額外電子的P型半導體'空穴'電子可以在空穴之間跳躍，從一個空穴轉移到另一個空穴。電子的流動會產生電流當正向電流通過晶片時，電子會與P區的空穴結合，然后發出能量，能量以光子的形式存在這就是半導體發光二極管的原理。

發光二極管光學參數的幾個重要方面是：電壓、電流、光通量、發光效率、發光強度等。

發光二極管

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器件在規定的正電流條件下的電壓測量兩極間的電壓降時，必須使用恒流源為LED器件供電，其輸出電流值應調整到LED的規定工作電流此時，可以通過用電壓表測量LED兩端的電壓來測量直流電壓。

反向電壓是被測LED流過的反向電流為一定值時，兩極之間產生的電壓；反向電流是測量當特定的反向電壓施加到被測LED器件時產生的反向電流。

光通量

LED光源發出的輻射通量中能引起人視覺的部分稱為光通量，是單位時間內光源向整個空間發出的能引起人視覺的輻射通量在測量了LED的光通量或輻射通量后，我們可以通過計算得到LED器件的發光效率或輻射效率。

發光效率

發光效率是光通量與電功率的比率。發光效率代表了光源的節能特性，是衡量現代光源性能的重要指標。

其它領域

隨著器件水平的發展，一些新的應用被開發出來。比如在農業上，用特殊波長的紫外線LED可以殺蟲；在醫學領域，比如治療癌癥，特殊波長的紫外LED可以植入體內，靶向照射癌細胞等等。

發光強度和輻射強度

發光強度是其在某一方向發光強度的標志由于LED的光強在不同的空間角度變化很大，我們研究了LED的光強分布特性。該參數直接影響LED顯示設備的最小視角。比如體育場館中的LED大型彩色顯示屏，如果LED單管的分布范圍很窄，那么大角度面對顯示屏的觀眾會看到失真的圖像。而且交通信號燈也需要大范圍的人群來識別。

光譜特性

光譜能量分布表示LED光輻射波長范圍內每個波長的輻射功率分布。它還決定了 LED 發光顏色和光通量。在實際情況下，通常用相對譜功率分布來表示。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、綠、白光LED等主色是否純凈。因為很多場合，比如紅綠燈，對顏色要求比較嚴格，但是觀察到國內有些LED燈是綠中帶藍，紅中帶深紅從這個現象來看，我們研究發光二極管的光譜特性是非常必要和有意義的。

顏色分類

根據發光二極管的顏色不同，發光二極管可以分為紅色、橙、綠、藍燈顏色。此外，在一些發光二極管中有不止一個彩色芯片。此時可以根據發光處是否混有散射劑，是否有顏色來分類。上述彩色發光二極管可分為四種彩色和無色透明，彩色和無色散射。

特性分類

根據發光管發光面的不同，可分為圓形燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、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。從封裝技術上看，有陶瓷基環氧封裝和玻璃封裝結構。

材料分類

發光二極管根據材料不同可分為砷化鎵發光二極管、磷鎵砷發光二極管、磷化鎵發光二極管、磷銦砷化鎵發光二極管和砷化鎵發光二極管等。

角度分布

根據光強的角度分布圖，可分為高指向型、標準型、散射型。高指向性類型一般是尖頭環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器組合形成自動探測系統。標準型通常用作指示燈，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。

根據結構

根據發光二極管的結構，都有環氧封裝、金屬基環氧樹脂封裝、陶瓷基環氧封裝和玻璃封裝結構。

強度電流

根據發光強度和工作電流，有普通亮度的led(發光強度100mcd)發光強度在10和10~100mcd之間的稱為高亮度發光二極管。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)

高節能

DC驅動，超低功耗(單管0．(03 0)06 w)電光功率轉換接近100％在同等照明效果下，比傳統照明工具節能80％以上的耗能。由于LED的發光元件是半導體 PN結芯片，具有單向導通反向截止的特點，所以 LED燈只能由DC電源供電，所需驅動電壓很低，單珠驅動電壓為 3.2V-3.4V，功率很小。

響應速度快、工作電壓低

因為是半導體器件，響應時間一般是毫秒級，可以說是瞬間。傳統熒光燈是靠整流器釋放的高壓點亮，而LED燈是在一定范圍內(電壓可調8O245 V)可以在電壓范圍內點亮，還可以調節亮度。

壽命長

與傳統燈管相比，LED沒有容易燒壞的發光線、光衰等缺點，其壽命可達6 ~ 10萬 h，比傳統照明工具長10倍左右。LED體積小，封裝一般是樹脂而不是玻璃，不容易損壞。LED 燈的實驗室壽命可達 100000h，正常使用可達 50000h以上，且只要在額定電流范圍內頻繁開關電源或通過控制系統調節電流，對LED  的壽命沒有影響。

亮度高、多變幻

發光二極管具有極高的亮度，可應用于交通信號燈和霧燈。由于LED 光源的工作電流可以控制，因此通過電路設計也可以控制燈的亮度，實現照明控制的智能化。LED光源可以使用紅色、綠、基于藍色三基色原理，在計算機技術的控制下，三種顏色具有256級灰度，可以任意混合，可以產生16777216種顏色，形成多種不同光色的組合，實現多彩的動態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燈的顯色指數高達 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別物體的顏色，適用于商品柜臺、醫院手術臺、藝術室和室內照明、室外道路照明等場所使用。LED燈的光色可以人為控制，通過配光滿足不同照明領域的要求。

利于環保

LED是全固態發光體，不含汞、鈉和其他對健康有害的物質。廢棄物可循環利用，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，尤其適用于公共場所。LED 發熱量低，幾乎沒有熱輻射，可以精確控制光的類型及其發光角度，光色柔和、無眩光。其內置的微處理器系統可以控制發光強度，調節發光模式，實現光與藝術的結合。

功率待改進

LED 存在一些性能瓶頸和散熱問題，比如靜電群放電損傷和熱膨脹系數效應，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燈實現并聯或串聯，但技術不成熟，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，二是優化電路設計提高功率。

散熱不佳

溫度的升高會加速 LED的光衰減，芯片節點的溫度直接影響 LED的壽命對于小功率LED，可以通過自然傳導和對流散熱，但對于大功率LED，散熱要考慮很多方面，技術還不成熟。在散熱設計中，熱量通常從LED封裝中散發、電路板散熱及增加散熱元件的考慮。比如對于大功率的 LED路燈，要解決散熱問題，除了 本身具有良好的散熱結構之外，還要利用路燈的外殼作為散熱通道，外殼要設計側面以上的散熱面和散熱鰭片，以利于空氣對流，或者外殼設計氣孔進行對流散熱，風扇輔助風冷毛細管水冷還處于實驗階段。

電源和電平指示燈

因為半導體發光二極管的結構簡單且堅固、抗沖擊、抗震動、性能穩定安全、材質輕、尺寸小、制造成本低，所以經常用紅外發光管做電視、在錄音機等的遙控中。半導體發光二極管已經廣泛應用于各種電子儀器中、在電子設備中用作電源和液位指示器。

照明

發光二極管使用壽命長、功率小、節能的優點， 符合節能減排的綠色經濟理念，應用于現代城市的照明領域。人們將紅、綠、藍色發光二極管組合在一起， 可以根據不同的發光比例顯示不同的顏色此外，它還經常被制成建筑導向燈并作為裝飾品安裝在建筑物上， 從而營造一種氛圍。國內各大高速公路的路燈也采用LED燈照明，部分路燈還結合了太陽能發電技術，節省了大量能源。

LED顯示器

把常見的光電二極管組合成一個矩陣，然后做成不同大小的控制模塊，或者把多個光電二極管組合成同一個簇管。以此為一組圖像，將多個集束管拼接起來，配以專業的顯示集成電路，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顯示屏根據使用環境分為室內房間、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個灰度級、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電腦動畫，尤其可以顯示高清晰度、彩色視頻動態圖像。憑借以上優勢，LED 已被廣泛應用于市政廣場、演唱會、車站、機場和其他重要的地方。值得一提的是，中國 LED 顯示屏的發展可以說與世界水平基本同步LED 產業不僅在應用技術上取得了巨大的成功，在創新能力上也有著優異的表現。

背光源

背光通常是指電腦手機等規格較小的液晶屏上由發光二極管led供電的光源由于其環保節能的特點，led被廣泛用作手機操作面板、語音通話鍵盤及其攝像頭閃光燈等。如手機，如果使用LED作為操作面板，既節省了能耗，又能大大提高手機的續航能力。

在我們日常使用手機時，手機面板、按鍵、閃光燈已經普遍采用LED作為光源。這樣增加了手機電池的待機時間，使用起來更加方便。隨著科技的發展，手機的價格越來越低，一部手機平均需要幾十個表貼led，這意味著僅手機市場對led的需求就達到了數百億因此，移動電話中使用的發光二極管的節能是相當可觀的。此外，在筆記本背光領域，LED已經逐漸取代冷陰極管背光成為主流。據悉，LED是用來代替原來的冷陰極燈管的經測試，新型筆記本電腦比傳統筆記本電腦省電48左右%同時，它不包含健康危害、汞，一種對環境有害的重金屬，而LED背光產品的價格與CCFI背光模組相差不大，符合當前的消費需求。