簡介
LED是發光二極體( Light Emitting Diode, LED)的簡稱，也被稱作發光二極體，這種半導體組件一般是作為指示燈、顯示板，它不但能夠高效率地直三豐光電接將電能轉化為光能，而
工作電壓很低（有的僅一點幾伏）.發光二極體簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物製成的二極體，當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極體發紅光，磷化鎵二極體發綠光，碳化矽二極體發黃光。
它是半導體二極體的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發光二極體與普通二極體一樣是由一個PN結組成，也具有單嚮導電性。當給發光二極體加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴複合，產生自發輻射的螢光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極體。
發光二極體的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：
R＝（E－UF）／IF
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。發光二極體的兩根引線中較長的一根為正極，應按電源正極。有的發光二極體的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。
與小白熾燈泡和氖燈相比，發光二極體的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發光）；抗衝擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調製通過的電流強弱可以方便地調製發光的強弱。由於有這些特點，發光二極體在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9十個數目字。
分類
抗衝擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長.1．普通單色發光二極體 普通單色發光二極體具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發光均勻穩定、回響速度快、壽命長等優點，可用各種直流、交流、脈衝等電源驅動點亮。它屬於電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。
普通單色發光二極體的發光顏色與發光的波長有關，而發光的波長又取決於製造發光二極體所用的半導體材料。紅色發光二極體的波長一般為650~700nm，琥珀色發光二極體的波長一般為630~650 nm ，橙色發光二極體的波長一般為610~630 nm左右，黃色發光二極體的波長一般為585 nm左右，綠色發光二極體的波長一般為555~570 nm。
常用的國產普通單色發光二極體有BT（廠標型號）系列、FG（部標型號）系列和2EF系列，見表4-26、表4-27和表4-28。
常用的進口普通單色發光二極體有SLR系列和SLC系列等。
2．高亮度單色發光二極體和超高亮度單色發光二極體 高亮度單色發光二極體和超高亮度單色發光二極體使用的半導體材料與普通單色發光二極體不同，所以發光的強度也不同。
通常，高亮度單色發光二極體使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發光二極體使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發光二極體使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。
常用的高亮度紅色發光二極體的主要參數見表4-29，常用的超高亮度單色發光二極體的主要參數見表4-30。
3．變色發光二極體 變色發光二極體是能變換髮光顏色的發光二極體。變色發光二極體發光顏色種類可分為雙色發光二極體、三色發光二極體和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發光二極體。
變色發光二極體按引腳數量可分為二端變色發光二極體、三端變色發光二極體、四端變色發光二極體和六端變色發光二極體。
常用的雙色發光二極體有2EF系列和TB系列，常用的三色發光二極體有2EF302、2EF312、2EF322等型號。
4．閃爍發光二極體 閃爍發光二極體（BTS）是一種由CMOS積體電路和發光二極體組成的特殊發光器件，可用於報警指示及欠壓、超壓指示。
閃爍發光二極體在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當的直流工作電壓（5V）即可閃爍發光。
5．電壓控制型發光二極體 普通發光二極體屬於電流控制型器件，在使用時需串接適當阻值的限流電阻。電壓控制型發光二極體（BTV）是將發光二極體和限流電阻集成製作為一體，使用時可直接並接在電源兩端。
結構及發光原理
50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極體產生於1960年。LED是英文light emitting diode（發光二極體）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發光二極體的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱LED。 當它處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。
[編輯本段]特點
1.電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。
2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%
3. 適用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，並且適合於易變的環境
4. 穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%
5. 回響時間：其白熾燈的回響時間為毫秒級，LED燈的回響時間為納秒級
6. 對環境污染：無有害金屬汞
7. 顏色：改變電流可以變色，發光二極體方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅黃綠蘭橙多色發光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變為橙色，黃色，最後為綠色
8. 價格：LED的價格比較昂貴，較之於白熾燈，幾隻LED的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上300～500隻二極體構成。
單色光LED的種類及其發展歷史
最早套用半導體P-N結髮光原理製成的LED光源問世於20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP，發紅光（λp=650nm），在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發光效率約0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED產生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。
到了80年代初，出現了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。
90年代初，發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區（λp=615nm）的光效達到100流明/瓦，而後者製成的LED在綠色區域（λp=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。
[編輯本段]單色光LED的套用
最初LED用作儀器儀表的指示光源，後來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛套用，產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是採用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產生2000流明的白光。經紅色濾光片後，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司採用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內，共耗電14瓦，即可產生同樣的光效。
汽車信號燈也是LED光源套用的重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由於LED回響速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發生。
另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得到了套用。
光參數介紹
LED的光學參數中重要的幾個方面就是：光通量、發光效率、發光強度、光強分布、波長。1 發光效率和光通量
發光效率就是光通量與電功率之比。發光效率表征了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。
2 發光強度和光強分布
LED發光強度是表征它在某個方向上的發光強弱，由於LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布範圍很窄，那么面對顯示屏處於較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標誌燈也要求較大範圍的人能識別。
3 波長
對於LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據觀察現在我國的一些LED信號燈中綠色發藍，紅色的為深紅，從這個現象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。
光度測量原理
1 光強度的測量方法把光強標準燈，LED和配有V（λ）濾光片的矽光電二極體安裝和調試在光具座上，特別是嚴格地調燈絲位置，LED發光部位及接受面位置。
先用光強標準燈校準矽光電二極體，C＝E/S
式中Es＝IS/(d2s)
d s是標準燈與接受器之間的距離，I s是標準燈的光強度，R s是標準燈的回響。
E s＝C •R t式中E t是被測LED的照度，R t是被測LED的回響，則LED的光強度I t為：I t＝E t •d2t
式中d t 是LED與接受面之距離。
對於LED來講，其發光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測量距離下，光強值會變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測量距離，但是由於接受器接受面積不同，其光強值也會變化。因此，為了提高測量精度，應該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如，測量距離按照GIE推薦採用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測量距離下，LED轉角不同，其光強也相應地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數R t為佳。
2 光通量的測量方法
光通量測量在變角光度計的轉台上進行，轉台上安轉了LED，該轉台在其水平面上繞著垂直軸鏇轉±90度，LED在垂直面上繞著測光軸鏇轉360度。在水平面上和垂直面上的轉角的控制是通過步進馬達來實現的。轉台在導軌上隨意移動，當測量標準燈時，轉台應離開導軌。
測量時大轉盤在水平面上繞垂直軸鏇轉，步進角度為0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在鏇轉，在每一個水平角度下，垂直平面上每隔18°進行一次信號採集，轉完360°之後共採集到20個數據，按下式計算總光通量。
如果大盤鏇轉0°～90°時，小盤轉0°～360°即可。但是大盤鏇轉0°～90°時，有可能LED安裝不均勻（不對稱）而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉－90°～0°～90°，小盤仍然轉0°～360°，把大盤0°～90°和－90°～0°兩個範圍內絕對值相等的角度上的照度值取平均值來作為0°～90°內的值。
LED總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優點是簡單易行，但測量精度不高。LED的總光通量計算方法如下，先計算離積分球入射視窗（入射視窗面積 A）1 距離上標準燈（光強值 I s）進入積分球內的光通量Φs，Φs＝I s • A ／I 2
讀出接收器上的光電流信號i s，然後把LED置於視窗上，讀出相應的接收器光電流信號it，則LED的總光通量Φ為：
Φt=It/IsΦs•K
式中 K 為色修正係數。
3 LED的光譜功率分布測量方法：
發光二極體的光譜功率分布測量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對已測得的LED的光度量值進行修正。
在測量LED光譜功率分布時，應注意以下幾點，一個是在與標準光譜輻照度進行比較時由於標準燈的光譜輻強度比LED強得多，為了避免這個問題，最好在標準燈前加一個中性濾光片，使它的光譜輻強度接近於LED。
LED的光譜寬度很窄，為了準確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好採用窄帶波長寬度的單色儀進行測量，波長間隔為1nm為好。
按下式計算LED的光譜功率分布E t。
Etλ=Esλ•Itλ/Isλ
式中 i 是標準燈在波長 i 處的回響；E 是標準燈的光譜功率分布；i 是LED在波長λ處的回響。
LED的色坐標計算公式為：
x=∫Etλ•xλdλ
y=∫Etλ•ydλ
z=∫Etλ•ydλ
色坐標為：
x＝X/(X+Y+Z)
y＝Y/(X+Y+Z)
也可計算LED的主波長和色純度。
發光二極體也與普通二極體一樣由PN結構成，也具有單嚮導電性。它廣泛套用於各種電子電路、家電、儀表等設備中、作電源指示或電平指示。
發光二極體的主要特性表
* cd(坎德拉)發光強度的單位
類型、主要參數
按其使用材料可分為磷化鎵(GaP)發光二極體、磷砷化鎵(GaAsP)發光二極體、砷化鎵(GaAs)發光二極體、磷銦砷化鎵(GaAsInP)發光二極體和砷鋁化鎵(GaAlAs)發光二極體等多種。按其封裝結構及封裝形式除可分為金屬封裝、陶瓷封裝、塑膠封裝、樹脂封裝和無引線表面封裝外，還可分為加色散射封裝（D）、無色散射封裝（W）、有色透明封裝（C）和無色透明封裝（T）。
按其封裝外形可分為圓形、方形、矩形、三角形和組合形等多種，圖4-22為幾種發光二極體的外形。
塑封發光二極體按管體顏色又分為紅色、琥珀色、黃色、橙色、淺藍色、綠色、黑色、白色、透明無色等多種。而圓形發光二極體的外徑從¢2~¢20mm，分為多種規格。
按發光二極體的發光顏色又可人發為有色光和紅外光。有色光又分為紅色光、黃色光、橙色光、綠色光等。
另外，發光二極體還可分為普通單色發光二極體、高亮度發光二極體、超高亮度發光二極體、變色發光二極體、閃爍發光二極體、電壓控制型發光二極體、紅外發光二極體和負阻發光二極體等。
1．普通單色發光二極體 普通單色發光二極體具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發光均勻穩定、回響速度快、壽命長等優點，可用各種直流、交流、脈衝等電源驅動點亮。它屬於電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。
圖4-23是普通發光二極體的套用電路。
普通單色發光二極體的發光顏色與發光的波長有關，而發光的波長又取決於製造發光二極體所用的半導體材料。紅色發光二極體的波長一般為650~700nm，琥珀色發光二極體的波長一般為630~650 nm ，橙色發光二極體的波長一般為610~630 nm左右，黃色發光二極體的波長一般為585 nm左右，綠色發光二極體的波長一般為555~570 nm。
常用的國產普通單色發光二極體有BT（廠標型號）系列、FG（部標型號）系列和2EF系列.常用的進口普通單色發光二極體有SLR系列和SLC系列等。
2．高亮度單色發光二極體和超高亮度單色發光二極體 高亮度單色發光二極體和超高亮度單色發光二極體使用的半導體材料與普通單色發光二極體不同，所以發光的強度也不同。
通常，高亮度單色發光二極體使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發光二極體使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發光二極體使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。。
3．變色發光二極體 變色發光二極體是能變換髮光顏色的發光二極體。變色發光二極體發光顏色種類可分為雙色發光二極體、三色發光二極體和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發光二極體。
變色發光二極體按引腳數量可分為二端變色發光二極體、三端變色發光二極體、四端變色發光二極體和六端變色發光二極體。
常用的雙色發光二極體有2EF系列和TB系列，常用的三色發光二極體有2EF302、2EF312、2EF322等型號，見表4-31。
4．閃爍發光二極體 閃爍發光二極體（BTS）是一種由CMOS積體電路和發光二極體組成的特殊發光器件，可用於報警指示及欠壓、超壓指示。
閃爍發光二極體在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當的直流工作電壓（5V）即可閃爍發光。
表4-32是幾種常用閃爍發光二極體的主要參數。
5．電壓控制型發光二極體 普通發光二極體屬於電流控制型器件，在使用時需串接適當阻值的限流電阻。電壓控制型發光二極體（BTV）是將發光二極體和限流電阻集成製作為一體，使用時可直接並接在電源兩端。
電壓控制型發光二極體的發光顏色有紅、黃、綠等，工作電壓有5V、9V、12V、18V、19V、24V共6種規格。
表4-33為BTV系列電壓控制型發光二極體的主要參數。
6．紅外發光二極體 紅外發光二極體也稱紅外線發射二極體，它是可以將電能直接轉換成紅外光（不可見光）並能輻射出去的發光器件，主要套用於各種光控及遙控發射電路中。
紅外發光二極體的結構、原理與普通發光二極體相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極體通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，採用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。
常用的紅外發光二極體有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等
行業趨勢
據《中國LED照明產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告前瞻》分析認為，LED照明市場一直被認為是LED最重要、最具發展前景的套用。總體來看，巨觀環境對於LED照明套用的發展非常有利，主要表現為：1)節能減排成為全球關注的議題並得到積極推進;2)傳統光源技術成長緩慢，面臨發展瓶頸;3)LED照明技術進步與成本不斷降低，長期市場障礙已不大。數據顯示，2009年，全球LED路燈裝置數量約250萬盞，滲透率達到1%，2010年，全球LED路燈可達到450萬盞，滲透率達到2%以上。報告預測全球LED路燈市場在2010年後將呈高速增長，2009至2013年複合增長率高達97.75%，至2013年，全球LED路燈市場規模達到21.59億美元。
前瞻網LED照明行業研究小組分析認為，受“十城萬盞”政策的推動，我國LED路燈市場將保持持續增長，至2013年我國LED路燈市場規模預計達到86.63億元，占到全球市場規模的五成左右，成為全球最重要的LED路燈市場之一。
隨著行業的繼續發展，技術的飛躍突破，套用的大力推廣，LED的光效也在不斷提高，價格不斷走低。新的組合式管芯的出現，也讓單個LED管(模組)的功率不斷提高。通過同業的不斷努力研發，新型光學設計的突破，新燈種的開發，產品單一的局面也有望在進一步扭轉。控制軟體的改進，也使得LED照明使用更加便利。這些逐步的改變，都體現出了LED發光二極體在照明套用的前景廣闊。
LED被稱為第四代光源，具有節能、環保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，可以廣泛套用於各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。
LED優點：電光轉化效率高（接近60%，綠色環保、壽命長（可達10萬小時）、工作電壓低（3V左右）、反覆開關無損壽命、體積小、發熱少、亮度高、堅固耐用、易於調光、色彩多樣、光束集中穩定、啟動無延時；
LED缺點：起始成本高、顯色性差、大功率LED效率低、恆流驅動（需專用驅動電路）。相比之下，各種傳統照明存在一定的缺陷。
白熾燈：電光轉化效率低（10%左右）、壽命短（1000小時左右）、發熱溫度高、顏色單一且色溫低；
螢光燈：電光轉化效率不高（30%左右）、危害環境（含汞等有害元素，約3.5-5mg/只）、不可調亮度（低電壓無法啟輝發光）、紫外輻射、閃爍現象、啟動較慢、稀土原料漲價（螢光粉占成本比重由10%上升到60~70%）、反覆開關影響壽命；體積大。
高壓氣體放電燈：耗電量大、使用不安全、壽命短、散熱問題，多用於室外照明
