LED发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
当在LED发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。
发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。
LED发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
LED发光二极管的外形有：圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。
常用的LED发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。
LED发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。。
LED发光二极管的特性
LED发光二极管1．极限参数的意义
（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的{zd0}值。超过此值，LED发热、损坏。
（2）{zd0}正向直流电流IFm：允许加的{zd0}的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。
（3）{zd0}反向电压VRm：所允许加的{zd0}反向电压。超过此值，LED发光二极管可能被击穿损坏。
（4）工作环境:LED发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，LED发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

LED发光二极管

2．电参数的意义
（1）光谱分布和峰值波长：某一个LED发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强{zd0}，该波长为峰值波长。
（2）发光强度IV：LED发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般 LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。
（3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.
（4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。

 LED工艺技术的基本介绍


     为了制造发光的P-n结型晶体，采用了Ⅲ—Ⅴ和Ⅱ—Ⅳ层的半导体材料，该材料是由培育层、窗口、内反射器等组合。晶体为零级水平的产品，“封装”的晶体、开关触点、反射器、热拆卸装置、密封件等称为发光等或一级水平产品。

    在简化的模式中，光发生在晶体内向P-n结过渡时，此过程的效能称为内量子效率。它由材料的质量（杂质、缺陷等）所决定，而且还由结构和生产层决定。材料系统的特性决定于波长（颜色），但是，并非产生在晶体内的光全部发射到外部，这取决于晶体的光学特性（折射系数、内部吸收、几何尺寸）。从晶体及其周围的晶体组发出的光称为出射效率。总效率是内部量子效率与出射效率的乘积。

    1995年前，LED工艺技术的定位在于信号装置中的应用，其主要参数为亮度。1995年后，不但对光效，还对光通量给予更大的xx。因此，有必要对LED的这些参数与光源类似的参数进行比较。首先LED发出的光与传统光源不同的是有很强的方向性。为了得到对照值，传统光源需要辅助光学器材，从而说明了有附加损耗。与传统照明系统效率有关的有效光通量为灯光通量的50%--75%。其次，LED的多数参数与5㎜直径的装置有关。LED通常在晶体内的尺寸约为0。1㎜，并按20mA计算。

    光效为15lm/w的5㎜的LED的光通量约为1lm。对于这样的电流和光通量不需要太严格的热条件。对于照明来说，通常需要几百到几千个5㎜的LED来代替常用的光源。因此，LED灯具应是一个集合的装置，它包含有大量的单个LED，该LED具有适当的电气、绝热和机械参数，达到二级水平产品。当采用标准的5㎜LED时，二级水平产品的尺寸变得极大，而且与费用无关。因此，为使照明中采用LED，所需的工艺技术与标准5㎜辐射器有本质区别。

    为使二级水平产品的尺寸和价格保持在可接受的框架内，照明中的二极管的数量必须减少，而单个LED发出的光应增长10—100倍。为了实现此目标，需要增大晶体的尺寸和输出电流值。这样强大的LED在1997年首次由HP公司推出。从本质上看，LED与传统光源的基本区别是：LED（二级水平）具有光强分布曲线的性能和具有在常用灯具中灯与光学器件组合情况下的光通量。

、LED的结构及发光原理

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，{dy}个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，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。

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注 入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。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。

二、LED光源的特点

1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源xxx的电源，特别适用于公共场所。

2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 。

3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

6. 对环境污染：无有害金属汞。

7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，{zh1}为绿色。

8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

三、单色光LED的种类及其发展历史

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（λp=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（λp=555nm），黄光（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两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成 的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。

四、单色光LED的应用

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸 的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下 200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

五、白光LED的开发

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。 GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。

目前已商品化的{dy}种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其{zh0}的发光效率约为25流明/瓦， YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。

某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机 紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，用于封装LED白光，预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求 也高，具体应用方面还在探索之中。