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1、LED中文名称：发光二极管 英文名称：ligh t-em itting diode;LED;发光二极管简称为LED。是一种半导体固体发光器件。利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导 体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫和白色的光。它是半导体二极管的一种，由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管；发光二极管 与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。它的核心部分是由 P型半导体和N型 半导体组成的晶片。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。当给发光二极
2、管加上正向电压，电流通过导线作用于 这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出 能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成 P-N结材料决定的。50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于I960年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密 封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。$ rnin Ihirip诲曰片珠蜀姗腊斟誓Gold Wlr* Bond发光二极管的构造图山PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作
3、的二 极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。黄金导线：是 99.999的纯金。由于导电性好及延展性的关系，用作导线用。以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和它们所发光的颜色铝砷化镓(AlGaAs)-红色及红外线铝磷化镓(AlGaP)-绿色aluminiumgalliumindiumphosphide(AlGalnP)-高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色 磷砷化镓(GaAsP)-红色，橘红色，黄色磷化镓(GaP)-红色，黄色，绿色氮化镓(GaN)-绿色，翠绿色
4、，蓝色铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色碳化硅(SiC)(用作衬底)-蓝色硅(Si)(用作衬底)-蓝色(开发中)蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)-蓝色zincselenide(ZnSe)- 蓝色钻石(C)-紫外线氮化铝(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)- 波长为远至近的紫外线发光二极管种类:普通单色发光二极管普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、 寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使 用时需串接合适的限流电阻。普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，
5、而发光的波长又取决于制造发光二极管 所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630650 nm，橙色发光二极管的波长一般为610630 nm左右，黄色发光二极管的波长一般为 585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为 555570 nm。高亮度单色发光二极管通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs ）等材料，超高亮度单色发光二极管使 用磷铟砷化镓（GaAsInP）等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP） 等材料。变色发光二极管变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分
6、为双色 发光二极管、三色发光二极管和多色（有红、蓝、绿、白四种颜色）发光二极管。变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发 光二极管和六端变色发光二极管。以下是三色LED结构图闪烁发光二极管闪烁发光二极管（BTS ）是一种由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于 报警指示及欠压、超压指示。闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压 （5V ）即可闪烁发光。红外发光二极管红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光（不可见光）并 能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路
7、中。红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发 光二极管通常使用砷化镓（GaAs ）、砷铝化镓（GaAlAs ）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的 树脂封装。蓝光与白光LED用GaN形成的蓝光LED1993年，当时在日本NichiaCorporation（日亚化工）工作的中村修二 （ShujiNakamura ）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN ）的具有商业 应用价值的蓝光LED，这类LED在1990年代后期得到广泛应用。现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED（near-UV,波长450nm至470nm）上覆盖一层淡黄
8、 色荧光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的 YttriumAlum inumGarnet（Ce3+:YAG） 晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的。LED芯片（GAM ）E： LED芯片发蓝光F： YAG荧光粉发貴光种白色LED的结构示意图当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光谱中心约为 580nm ）的主要为黄色的光。由于黄光会刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作“月光的白色”。这种制作白光LED的方法是由NichiaCorporation所开发并从1996年开始用在生产白光L
9、ED上。若要调校淡黄色光的颜色，可 用其它稀土金属铽或钆取代Ce3+:YAG中掺入的铈（Ce），甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的 方式做到。而基于其光谱的特性，红色和绿色的对象在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。另外由于生产条件的变异，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有， 所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。另一个制作的白光LED的方法则有点像日光灯，发出近紫外光的 LED会被涂上两种磷光体的 混合物，一种是发红光和蓝光的铕，另一种是发绿光的，掺杂了硫化锌（ZnS）的铜和铝。但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂裂化变质，所以生产难度较高，而寿命
10、亦较短。与第一种方法比较， 它效率较低而产生较多热（因为StokesShift前者较大），但好处是光谱的特性较佳，产生的光比 较好看。而由于紫外光的LED功率较高，所以其效率虽比较第一种方法低，出来的亮度却相若。最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。新的做法是在硒化锌（ZnSe）基板上生长硒化 锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。LED光术语介绍波长：光的色彩强弱变化，是可以通过数据来描述，这种数据叫波长。我们能见到的光的波 长，范围在380至780nm之间。单位：纳米（nm）亮度：亮度是指物体明暗的程度，定义是单位面积的发光强度。单位：尼特（ ni
11、t）光强：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理 量。单位：烛光（cd）光通量：光源每秒钟所发出的可见光量之总和。单位：流明（Lm）光效：光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位：每瓦流明 （Lm/w ）。显色性：光源对物体呈现的程度，也就是颜色的逼真程度。通常叫做 显色指数单位：Ra。色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色 温。单位：开尔文（k）。眩光：视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，所造成的视觉不舒适称为眩光，眩光是 影响照明质量的重要因素。同步性：两个或两个以上LED灯在不规定时
12、间内能正常按程序设定的方式运行，一般指内控 方式的LED灯，同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。防护等级:IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级，由两个数字所组成，第 一个数字代表灯具防尘、防止外物侵人的等级（分 0-6级），第二个数字代表灯具防湿气、防水 侵人的密封程度（分0-8级），数字越大表示其防护等级越高。半导体：自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、绝缘体三大类。半导体 的 电导率在1010欧/厘米之间。例如：锗、硅、砷化镓等.半导体电导率随温度的升高而增大， 这与金属导体恰好相反。半导体中的杂质对电阻率的影响非常大，所以半导体材料都需要对原料进 行提纯
13、，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。二极管：又称晶体二极管，简称二极管（diode）;它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一 种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性 质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷 层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 P-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自 建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。空穴：又称电洞（Electron hole ），在固体物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价 键上留下空位的现像。即共价键中的一些价电子由于热运
14、动获得一些能量，从而摆脱共价键的约 束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴。LED 的优点*发光（能量转换）效率高-也即较省电，比传统灯泡高。*反应（开关）时间快-可以达到很高的闪烁频率。*使用寿命长-将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普 通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小 时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过 150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。*耐震荡等机械
15、冲击 -由于是固态元件，相对日光灯、白炽灯等能承受更大震荡。*体积小-其本身体积可以造得非常细小（小于2mm）。*便于聚焦-因发光体积细小，易于而以透镜等方式达致所需集散程度，藉改变其封装外形,方向性从大角度的散射以至集中于细角度都可以达到。*多种颜色-能在不加滤光器下提供多种不同颜色，而且单色性强。*色域丰富- LED覆盖色域较其他光源广。LED 的缺点* 散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。* 低端 LED 灯的省电性还是低于节能灯（冷阴极管， CCFL）。* 初期购买成本较高。* 因 LED 光源方向性很强，灯具设计需要考虑 LED 特殊光学特性。LED 的历史最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。当时所用的材料是 GaAsP，发红光（入p=650nm ），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发 光效率约 0.1 流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N,使LED产生绿光（入p=555nm ），黄光（入p=590nm ）和橙光（入 p=610nm ），光效也提高到1流明/瓦。到了 80 年代初，出现了 GaAlAs 的 LED 光源，使得红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦。90 年代初，发红光、黄光的 GaAlInP 和发绿、蓝光的 GaInN 两种新材
