LED是英文Light Emitting Diode的簡(jiǎn)稱，是一種具有兩個(gè)電極的半導(dǎo)體發(fā)光器件，讓其流過(guò)小量電流就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960年。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。
LED 的構(gòu)成
LED 因其顏色不同,而其化學(xué)成份不同:
如紅色 ：鋁-銦-鎵-磷化物
綠色和藍(lán)色: 銦-鎵-氮化物
白色和其它色都是用RGB三基色按適當(dāng)?shù)谋壤旌隙傻摹?br> LED 的制造過(guò)程類似于半導(dǎo)體,但加工的精度不如半導(dǎo)體,目前成本仍然較高.
LED 工作原理和結(jié)構(gòu)圖
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，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(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)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān) 。
單 顆白色LED 的效能進(jìn)展
年份 發(fā)光效能（流明 / 瓦） 備注
1998 5
1999 15 相若白熾燈
2001 25 相若鹵鎢燈
2005 50 接近高壓汞燈
單 顆 白 色LED長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)
輸入功率
10 瓦
發(fā)光效能 100 流明 / 瓦
LED 的優(yōu)點(diǎn):
10萬(wàn)小時(shí)超長(zhǎng)壽命；
可組成各種顏色(如RGB等)
驅(qū)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單(無(wú)需觸發(fā)電壓)
節(jié)能，效率比白燈高,并有進(jìn)一步提高的潛力.
體積小,燈具設(shè)計(jì)靈活.
響應(yīng)時(shí)間短；
環(huán)保：無(wú)有害金屬汞。
低壓，安全性高
LED的缺點(diǎn)
每瓦的流明成本高.
光效還沒(méi)有熒光燈或HID高.
需要驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)(不如白燈簡(jiǎn)單)
LED目前在照明行業(yè)中的主要應(yīng)用范圍
* 建筑物外觀照明
* 娛樂(lè)場(chǎng)所及舞臺(tái)照明
* 室內(nèi)空間展示照明
* 道路、景觀照明
* 標(biāo)識(shí)與指示性照明
* 交通信號(hào)燈、視頻屏幕
LED 應(yīng)用于指示燈已有幾十年的歷史，
為何現(xiàn)在對(duì)LED 重感興趣?
近幾年來(lái)對(duì)LED 的亮度提高,使其可能成為照明光源,而不僅僅是指示燈.
LED技術(shù)現(xiàn)仍處在初始階段,有望在今后的5—10年內(nèi),在提高光效,降低成本上有很大的進(jìn)展.
LED 光源在未來(lái)將成為傳統(tǒng)照明光源的另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者
LED 的幾個(gè)主要生產(chǎn)商?LumiLeds
Osram
Cree
Nichia
東芝
目前常見(jiàn)的LED燈具
目前，市面上常見(jiàn)的LED燈具有如下：
LED地埋燈、 LED水底燈、 LED草坪燈、 LED輪廓燈、 LED彩虹管、 LED燈杯、 LED投光燈、 LED射燈、 LED地磚燈、 LED墻壁燈、 LED球泡等。
隨著LED光效的提高的、關(guān)鍵技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化，目前有多家企業(yè)推出了太陽(yáng)能和大功率LED相結(jié)合的太陽(yáng)能半導(dǎo)體路燈。
LED的顏色
LED通常僅發(fā)出一種顏色（單一窄光譜），有較高的顏色飽和度。
LED的顯色性?由于單個(gè)LED發(fā)出的是窄光譜，所以其顯色性很低．
雖然從理論上來(lái)講RGB三色LED的顯色指數(shù)可達(dá)85．但目前僅約60.
為了提高CRI到90以上,需在紅色和綠色之間加入第四種顏色,琥珀色.
磷化物涂層加藍(lán)或紫外線LED 的CRI范圍在75-80之間.
一、 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用
（一）LED發(fā)光原理
發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、
GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的
I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)
光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。
進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光!
（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即
λ≈1240/Eg（mm）
式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性
1．極限參數(shù)的意義
（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。
（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。
（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。
（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。
2．電參數(shù)的意義
（1）光譜分布和峰值波長(zhǎng)：某一個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長(zhǎng)，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長(zhǎng)λ0的光強(qiáng)最大，該波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)。
（2）發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉（符號(hào)為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉(mcd)作單位。
（3）光譜半寬度Δλ:它表示發(fā)光管的光譜純度.是指圖3中1/2峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之間隔.
（4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。
半值角的2倍為視角（或稱半功率角）給出的二只不同型號(hào)發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為1，離開(kāi)法線方向的角度越大，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。
（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。
（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。
（7）V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR<10μA以下。
（三）LED的分類
1．按發(fā)光管發(fā)光顏色分
按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。
根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。
2．按發(fā)光管出光面特征分
按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國(guó)外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類：
（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。
（2）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。
（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。
3．按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分
按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。
4．按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分
按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度<10mcd）；超高亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度>100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。
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