发光二极管是一种常用的发光器件，它通过
电子和空穴的复合来发射能量。广泛应用于照明领域。发光二极管可以有效地将电能转换为光能。发光二极管在现代社会中具有广泛的用途，例如照明，平板显示器和医疗设备。
这种电子
元件早在1962年就出现了。在早期，它只能发出低亮度的红光。后来，开发了其他版本的单色光。今天可以发射的光已经扩散到可见光、红外光和紫外线。最初，发光二极管用作指示灯、显示面板等。随着技术的不断进步，发光二极管已广泛应用于显示器和照明。
二、发光二极管参数
2.1 极限参数的意义
（1）允许功耗Pm：施加到LED两端的正向直流电压与流过它的电流的乘积的最大值。如果超过此值，LED 会变热并损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许添加的最大正向直流电流。超过此值会损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：允许施加的最大反向电压。高于此值，发光二极管可能会因击穿而损坏。
（4）工作环境顶部：LED可以正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将无法正常工作，效率大大降低。
2.2 电参数的意义
（1）光谱分布和峰值波长：某个发光二极管发出的光不是单一波长，其波长一般如图所示。
图1.光谱分布和峰值波长
从图中可以看出，发光管发出的光中某一波长λ0的光强度最大，该波长为峰值波长。
（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线方向的发光强度。当该方向的辐射强度为（1/683）W / sr时，它发射1坎德拉（符号cd）。由于一般LED的发光强度较低，因此发光强度通常以坎德拉（mcd）为单位进行测量。
（3）光谱半宽Δλ：表示发光管的光谱纯度。它是指对应于图3中1/2峰值光强度的两个波长之间的间隔。
（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（法线方向）之间的夹角。
半值角的两倍是视角（或半幂角）。
图2.LED发光强度的角度分布
上图显示了两种不同类型LED的发光强度的角度分布。垂直（法向）AO的坐标是相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的比值）。显然，法线方向的相对发光强度为1。远离法线方向的角度越大，相对发光强度越小。从此图中，可以得到半值角度或视角值。
（5）正向工作电流If：指发光二极管正常发光时的正向电流值。实际使用中，IF应选择在0.6·IFm.
（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下获得的。通常在IF = 20mA时测量。发光二极管的正向工作电压VF为1.4~3V。当外部温度升高时，VF会降低。
（7）V-I特性：发光二极管的电压和电流之间的关系如下图所示。
图3.LED的电压和电流之间的关系
当正向电压小于某个值（称为阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过一定值时，正向电流随电压迅速增加并发光。从V-I曲线可以得到发光管的正向电压、反向电流、反向电压等参数。LED灯管的正向漏电流IR小于10μA。
三、发光二极管的工作原理
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。P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在一些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子和多数载流子会释放多余的能量。能量以光的形式存在，从而直接将电能转换为光能。反向电压被添加到PN结。少数载体难以注射，因此它们不会发光。这种二极管称为发光二极管，俗称LED。当它处于正向工作状态（即正向电压施加到两端）时，当电流从阳极流向LED的阴极时，半导体晶体发出从紫外线到红外线的不同颜色的光。光的强度与电流有关。
发光二极管的原理需要从以下三种情况来分析：
当二极管上没有施加电压时，N型材料中的电子将沿着层之间的PN结移动。电子填充P型材料中的空穴并形成耗尽区域。在耗尽区，半导体材料恢复到原来的绝缘状态。也就是说，所有的空穴都被填满了，所以既没有自由电子，也没有空间让电子在耗尽区移动，电荷不能流动。
图4.二极管两端不施加电压
当向发光二极管施加正向电压时，空穴从P区注入到N区。并且电子从N区注入到PN结附近几微米内的P区。它们分别与N区的电子和P区的空穴重新结合。因此，它们产生自发发射的荧光。不同的半导体材料对电子和空穴具有不同的能态。释放的能量越多，发射光的波长越短。通常使用发出红光、绿光或黄光的二极管。
图5.对 LED 施加正向电压
当对发光二极管施加反向电压时，P型端子连接到
电路的负极，N型端子连接到正极。而且电流不会流动。N型材料中的带负电荷的电子会被吸引到正极上。P型材料中带正电的空穴会被吸引到负极上。由于空穴和电子以错误的方向移动。没有电流流过PN结，耗尽区域也会扩大。
图6.对 LED 施加反向电压
四、发光二极管的种类
根据不同的方面，有各种类型的发光二极管。根据使用的材料，有磷化镓（GaP）发光二极管，砷化磷镓（GaAsP）发光二极管，砷化镓（GaAs）发光二极管，磷铟砷化镓（GaAsInP）发光二极管和砷化镓铝化物（GaAlAs）发光二极管。
按其封装结构和包装形式，有金属封装、陶瓷包装、塑料包装、树脂包装、无铅表面封装等。也可分为加色散射包装（D）、无色散射包装（W）、有色透明包装（C）、无色透明包装（T）。
根据其包装形状，可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形状。该图显示了几个发光二极管的形状。
塑料发光二极管按管体的颜色分为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明和无色。圆形发光二极管的外径为¢2至¢20mm。根据发光二极管的发光颜色，也可以是彩色光和红外光。彩色灯包括红光、黄光、橙光、绿灯等。此外，发光二极管可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、压控发光二极管、红外发光二极管、负电阻发光二极管。
发光二极管的V材料
晶圆、支架、银胶、金线、环氧树脂是发光二极管的五大LED原材料
5.1 晶圆
晶圆的结构：它由金焊盘、P极、N极、PN结和背金层组成（双焊盘晶圆没有背金层）。晶圆由P层半导体元件和N层半导体元件组成。它们通过电子运动重新排列和组合。正是这种变化使晶圆处于相对稳定的状态。当正极以一定电压施加到晶片上时，正P区的空穴将继续向N区游动。并且N区域中的电子将相对于空穴移动到P区域。当电子和空穴相对移动时，电子空穴相互配对，激发光子并产生光能。
晶圆的主要分类：表面发光型：大部分光是从晶圆表面发出的。五面发光型：表面和侧面发出的光较多。
5.2 支架
支架的结构为1层铁，1层铜（导电性好，散热快），镍1层（抗氧化），银1层（反射率好，易焊丝）
5.3 银胶
以H20E为例。银胶又称白胶，乳白色。银胶的作用是导电和粘合材料（烘烤温度：100°C / 1.5H）。储存条件：银胶制造商一般将银胶储存在-40°C，应用单元一般在-5°C储存。 单剂为25°C/1年（干燥、通风处），混合剂25°C/72小时。烘烤条件：150°C / 1.5H。搅拌条件：沿一个方向混合15分钟。
5.4 金线
以φ1.0mil为例。用于LED的金线为φ1.0mil和φ1.2mil。金线的材料一般为LED用金线含金量的99.9%。金线的用途：以其含金量高、柔软、易变形、导电性好、散热性好等特点，在晶圆和支架之间形成闭合电路。（转换关系：1密耳= 0.0254毫米，1英寸= 25.4毫米）
5.5 环氧树脂
以EP400为例。组成：A和B两部分：胶水A：是主剂，由环氧树脂+消泡剂+耐热剂+稀释剂组成。剂B：是一种固化剂，由酸、脱模剂、促进剂组成。
VI 发光二极管的应用
6.1 显示屏和
通信信号显示
LED灯具有抗震、光响应快、省电、寿命长等特点。广泛应用于各种室内外显示器。它分为全彩，三色和单色显示器，由全国100多家单位开发和生产。交通信号灯主要使用超高亮度的红、绿、黄LED。由于LED灯节能可靠，交通信号灯在全国范围内逐渐被取代，推广速度快。
6.2 汽车工业
汽车灯包括仪表板、音频指示灯、开关背光、阅读灯和外部刹车灯、尾灯、侧灯和前灯。汽车用白炽灯不耐冲击，需要经常更换。由于LED的响应速度快，可以及早提醒驾驶员刹车，减少追尾事故。在发达国家，由LED制成的中央后高位置刹车灯已成为汽车的标准部件。美国惠普公司于1996年推出的LED汽车尾灯车型组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，汽车仪表板和其他各种照明部件中的光源可用作超高亮度发光灯。近年来将形成年产值10亿元，5年内形成年产值30亿元。
6.3 液晶背光
LED背光在高效侧发光背光中最为明显。作为LCD背光应用， LED具有长寿命的特点， 高发光效率， 无干扰， 和高性价比。它们已广泛应用于电子手表、
手机、BP、计算机、电子计算器和信用卡机。随着便携式电子产品的日益小型化，LED背光源具有更多优势。背光制造技术将发展到更薄、更低功耗、更均匀。LED是手机的关键设备。一部普通手机需要大约10个LED设备，而一个彩屏和具有摄像头功能的手机则需要大约20个LED设备。目前，手机背光的量非常大。每年使用35亿个LED芯片。
6.4 发光二极管照明
早期照明产品发光效率低。光强只能达到几到几十个mcd， 适用于室内场合， 如家用电器， 仪器仪表， 通讯设备， 微型电脑， 和玩具。目前，直接目标是用LED光源取代白炽灯和荧光灯。这种替代趋势已经开始从本地应用领域发展。为了节约能源，日本正计划更换白炽灯发光二极管项目（称为“照亮日本”）。前五年的预算为50亿日元。如果LED取代一半的白炽灯和荧光灯，每年节省的能量相当于60亿升原油的能量。这相当于五座1.35×106kW核电站的发电量。它可以减少二氧化碳和其他温室气体的产生，改善生活环境。
6.5 其他应用
其他应用如一种深受儿童欢迎的闪光鞋，内置LED走路时会闪烁;电动牙刷的功率指示灯;流行的LED圣诞灯。由于造型新颖、色彩丰富、牢不可破和低压安全性感，LED圣诞灯普遍受到人们的欢迎。它正在威胁并取代现有的电灯泡圣诞市场。
七、LED照明技术发展趋势
1.照明的主流光源将转换为LED。目前，大功率LED商用产品的发光效率已达到150lm/W以上。寿命已超过30，000小时。LED的综合性能已超过其他光源。同时，除了大功率外，LED灯具的价格接近其他光源组成的灯具。因此，LED已经具有一定的优势。同时， LED实验室产品的光效已达到300lm/W以上。通过合理的散热设计，可以完全实现50，000小时以上的寿命。原则上， 其他光源提高光效率和寿命的空间不大。因此，可以预期LED成为照明市场的主流光源。
2. LED器件技术的研究将主要集中在绿色LED效率的提高上。半导体技术的核心器件——LED，目前红色LED和蓝色LED的光电效率很高，但绿色LED的光电效率很低。这限制了LED光谱灵活性的实质性应用。所以， 提高绿色LED的光效是LED器件最重要的研究课题。
3. LED技术的另一个研究将是窄光谱LED器件的研究。单个LED的窄光谱宽度将有助于在组装LED光谱时真正实现无限的灵活性。同时，LED目前的主要应用之一——LED显示屏，如果能够减小单色LED的光谱宽度，可以实现更大的色域空间。
4. 用于普通照明的白色 LED 将逐渐切换到 RGB 模式。用于一般照明的光源以白光或近白光的形式呈现。目前，市场上最全面、性价比最高的白光LED也是由蓝光LED和YAG荧光粉实现的。但是，RGB方法具有更高的光效。它将使灯变暗，色调，甚至调整显色指数。所以， 随着绿色LED光效的提高， 相信RGB方法（进一步扩展到3个或更多的单色LED混合颜色）将成为主流的白光LED模式。
5.光源显色性的表征将是一个长期的争论。光谱形式的表征可能是最终结果。表征光源显色性的当前参数是显色指数。然而，这是基于传统光源的有限光谱形式。LED光谱的无限灵活性将使这种表征成为问题。可以预见，如果LED实现真正的光谱无限灵活性。任何单参数显色性实际上都是有缺陷的，最终的表征方法应该是光谱本身。
6.光源的应用将包括视觉应用和非视觉应用两个基本方面。LED在光谱组装中的灵活性使得通过光谱组装实现各种视觉和非视觉优化应用成为可能，例如农业照明，医疗照明，LED可见光通信等。但相对而言，在非视觉领域，仍有许多问题需要解决，包括什么样的照明条件得到优化，LED的价格需要进一步降低。前者是科学问题，后者是工业化问题。
7、照明技术将与信息技术深度融合，打造智能照明。作为一种半导体器件，LED是信息技术的良好物理载体，因为LED易于控制，加上灯具与人类生活的相关性。因此，LED可以与信息技术深度融合，智能照明将诞生。这将是未来LED照明技术的重要发展方向。
8、灯具的外观将具有很大的创新潜力。目前，大多数LED灯具包括LED灯泡，LED筒灯，LED灯管等，所有这些都是为了迎合人们的消费习惯而设计的。这是否是灯的最佳机械形式还有待研究。至少，未来的LED灯具机械形式还有很大的创新空间。
9. OLED将在显示领域占据重要地位。相对于发光类似于点光源的LED，OLED以表面光源的形式发光。因此，在LED占据了未来绝大多数照明应用之后，OLED在显示领域仍然具有一定的优势。
10. 自然采光将受到重视。近年来，节能照明、健康照明、生态照明受到高度关注。利用阳光实现照明自然成为最佳选择。因此，随着技术的进步，自然光照明将受到越来越多的关注。
由于LED在尺度、光谱、时间三个维度上的巨大灵活性， 许多创新的应用和概念可能会在未来的LED发展中诞生。这是基于人造光源的照明的发展趋势。同时，随着人们绿色环保理念的不断深化，自然采光也将得到更大的发展。
