1 、簡(jiǎn)述

發(fā)光二極管（名稱取至 "Light Emitting Diode" 的首字母，簡(jiǎn)稱LED）是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體電子元件，其電氣符號(hào)如下圖(1)所示，圖中帶發(fā)射狀的表示LED，通常該正極(陽(yáng)極)引腳用A表示，而負(fù)極(陰極)引腳用K表示。發(fā)光二極管這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。目前，發(fā)光二極管已被廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)外LED照明、LED顯示屏、交通信號(hào)燈、汽車(chē)用燈、TFT LCD顯示屏的背光源、燈飾、光纖通信等等。

 

2 、發(fā)光原理

LED與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?，只是LED可以發(fā)光！如圖(2)所示，其發(fā)光原理可描述為： 電子（帶負(fù)電）多的N (-：negative) 型半導(dǎo)體和空穴（帶正電）多的P (+： positive) 型半導(dǎo)體結(jié)合而成。該半導(dǎo)體施加正向電壓時(shí)，電子和空穴就會(huì)移動(dòng)并在結(jié)合部再次結(jié)合，正是在結(jié)合的過(guò)程中產(chǎn)生大量的能量，而這些能量以光的形式釋放出來(lái)，這就是其發(fā)光的奧秘。與先將電能轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為光能的以往光源相比（如: 早期愛(ài)迪生發(fā)明的白熾燈），因?yàn)長(zhǎng)ED能夠直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，所以能夠不浪費(fèi)光能，高效率地獲得光。

 

3、LED的結(jié)構(gòu)

下面，我們以常見(jiàn)的一個(gè)LED白燈為例子，說(shuō)明一下LED的結(jié)構(gòu)。如圖（3）所示，該LED主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

芯片（作用：光源發(fā)光）

支架：包括襯底及散熱基座、引腳等（作用：散熱、導(dǎo)電）

金線（作用：導(dǎo)電）

透明樹(shù)脂（作用：保護(hù)晶粒、透光）

  

4、LED的種類

根據(jù)LED的不同封裝、發(fā)光面和特性的不同，LED可大致分成下面的幾個(gè)類型：

4.1 插件型LED

如下圖（4），需要指出的是： 插件型LED除了常見(jiàn)的2個(gè)腿的單色型LED，還包括3個(gè)引腳的雙色型LED，此外還有4個(gè)引腳的RGB全彩LED。

4.2 貼片型LED

如下圖（5）所示，通常貼片型SMD的LED分為0402、0603、0805、1206等等封裝，顏色有單色、雙色和RGB全彩。

 

4.3 高功率LED

如下圖（6）所示，這種LED通常是照明用途的，而且多數(shù)是發(fā)白色光的LED，功率可達(dá)數(shù)瓦以上。

 

4.4 LED 數(shù)碼管

如下圖（7）所示，通過(guò)將多個(gè)LED作成各個(gè)字段，組成特點(diǎn)的字母或組合，可以顯示0~9或米字型(可顯示英文字符)或Bar條段型用于指示進(jìn)度或比例。

 

4.5 LED點(diǎn)陣屏

如下圖（8）所示，將LED組成矩陣式，可顯示中英文字母，如廠家的LED顯示屏就是由這些點(diǎn)陣屏模組組合出來(lái)的。按顏色，可以是單色、雙色或RGB全彩。

 

 4.6 “智能”LED

如下圖（9）所示，這種類型的LED不僅內(nèi)含LED燈芯，還內(nèi)置了控制電路IC，能實(shí)現(xiàn)特定的功能，如閃爍Flash 或者總線尋址控制各個(gè)點(diǎn)的顏色等等，代表型號(hào)如 ：WS2812、WS2811等等。 

 

4.7 特殊LED

如下圖（10）所示，這種LED之所以特殊，是因?yàn)樗砂l(fā)出人類眼睛不可視的燈光，如紅外線、紫外線等等。日常生活中，我們所使用的遙控器就是這種LED燈。

 

 

5、LED的主要參數(shù)

5.1正向電壓VF

指有正向電流流過(guò)時(shí)，陽(yáng)極A與陰極K之間產(chǎn)生的電壓。單位為V（伏特）。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。而超過(guò)了正常工作電壓，LED可能被擊穿。通常，不同發(fā)光顏色的LED，其正常的正向電壓也不同，如紅燈通常是1.8~2.0V 之間，而藍(lán)燈和白燈在2.8~3.3V之間。

5.2正向電流 IF

指有正向電流流過(guò)時(shí)，陽(yáng)極A與陰極K之間產(chǎn)生的電流。單位為A（安培）。通常，LED的正向電流應(yīng)控制在20mA以內(nèi)，過(guò)大的電流容易導(dǎo)致LED的P、N之間的結(jié)點(diǎn)溫度Tj過(guò)高而導(dǎo)致LED損壞或減少使用壽命。另外，LED 如同普通二極管一樣，在電壓增加時(shí)，電流會(huì)有很大程度的上升，所以一般LED發(fā)光二極管都串接有保護(hù)電阻。

5.3發(fā)光強(qiáng)度 IV

表示從特定方向觀測(cè)到的亮度。單位cd（坎德拉，對(duì)應(yīng)的更小單位是毫坎德拉, 即mcd），一單位立體角內(nèi)發(fā)出一流明的光稱為一坎德拉。比較光強(qiáng)時(shí)需要特別注意指向角。光強(qiáng)是指單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。透鏡作為L(zhǎng)ED封裝的組成部分可以向特定方向集中光輸出（用透鏡集光），即使光輸出小也能集光，因此光強(qiáng)變大。需要特別指出的是，IV值通常需要指定該LED是在多大的正向電流IF下測(cè)量到的。

5.4 光通量 Φv [lm]

是指從光源發(fā)射出來(lái)的全部光量。單位為lm（流明）。

5.5 主波長(zhǎng) λD[nm] 

LED一般用波長(zhǎng)表示顏色。主波長(zhǎng)相當(dāng)于眼睛看到的顏色所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，與發(fā)光波長(zhǎng)的峰值波長(zhǎng)有差異，單位為nm（納米）。

以下是各種發(fā)光顏色LED的波長(zhǎng)參數(shù)：

■紫：400～435nm

■藍(lán)：435～480nm

■藍(lán)綠：480～500nm

■綠：500～560nm

■黃綠：560～580nm

■黃：580～595nm

■橙：595～610nm

■紅：610～760nm

■白，通常用下面的色坐標(biāo)來(lái)表示?；蛘吆?jiǎn)單用暖白、正白、冷白表示。

※備注： 以上波長(zhǎng)范圍、顏色標(biāo)記根據(jù)文獻(xiàn)不同略有差異。

有趣和奇妙的是，傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色有關(guān)，如下圖所示：

 

5.5色度坐標(biāo) x, y

它指用二維正交坐標(biāo)系（）x和y）表示LED發(fā)光顏色的實(shí)際值，如下圖(11)所示：

 

5.6 色溫

色溫是指當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的溫度就稱為該光源的色溫。色溫越低，顏色越偏向橙色，色溫越高，顏色越偏向藍(lán)色。

 

5.7發(fā)光視角

在發(fā)光強(qiáng)度分布圖形（圖12）中，發(fā)光強(qiáng)度等于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度稱為半值角。芯片的厚度、封裝模條的外形尺寸、支架反射杯的深度以及支架在模腔中的插入深度都對(duì)半值角的大小有直接影響。制造中，可以根據(jù)客戶要求，通過(guò)選取不同的材料及選用不同的封裝尺寸來(lái)得到不同大小的半值角。

 

從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類：

A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)。

B標(biāo)準(zhǔn)型：

通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。

C散射型：

這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大。

5.8 工作溫度

工作環(huán)境溫度是影響二極管工作的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)光強(qiáng)電流等參數(shù)都有很大影響。

5.9 使用壽命

人稱LED光源為長(zhǎng)壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢褂脡勖蛇_(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。

6、關(guān)于白光LED

LED獲得白色光的方法有多種。這里只介紹代表性的兩種發(fā)光方法。

1) 藍(lán)色LED + 黃色熒光體

藍(lán)色LED與其輔助色即黃色熒光體組合，獲得白色光。

該方式與其他方式相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，因此目前已成為主流。

 

2) 紅色LED + 綠色LED + 藍(lán)色LED

光的三基色LED組合，獲得白色光。

該方式比起照明用途，更多的用于全彩LED顯示設(shè)備。

 

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