LED知识扫盲

omber007

发光二极管（Light Emitting Diode,LED），是一种元件。初时多用作为指示灯、显示板等；随着白光发光二极管的出现，也被用作照明。它是的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是效应的一种。改变所采用的半导体材料的化学组成成分
优点:

• 发光效率高
• 反应时间快
• 使用寿命长
• 不易破损
• 耗电量少
• 环保无汞
• 体积小
• 可应用在低温环境
• 光源具方向性
• 造成光害少
• 色域丰富

缺点:
散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。 除非购买高级产品、否则省电性还是输（冷阴极管，CCFL）、有些LED的省电性也输给。 初期成本较高。 因光源属于方向性，灯具设计需考量光学特性

原理:
发光二极管是一种特殊的。和普通的二极管一样，发光二极管由半导体芯片组成，这些半导体材料会预先透过注入或搀杂等工艺以产生p、n架构。与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从p极（阳极）流向n极（负极），而相反方向则不能。两种不同的载流子：和在不同的电极电压作用下从电极流向pn结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以的模式释放出能量。
它所发出的光的（决定颜色），是由组成pn结构的半导体物料的能量决定。由于硅和锗是材料，在这些材料在常温下电子与空穴的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，所以硅和锗二极管不能发光。但在极低温的特定温度下则会发光，必须特殊角度才可发现，该发光的亮度不明显。发光二极管所用的材料都是型的，这些禁带能量对应着近、或近波段的光能量。
。

[ 本帖最后由 omber007 于 2008-11-1 11:13 编辑 ]

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有机发光二极管，OLED
有机发光半导体
OLED 全名叫做有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode）与 TFT-LCD“薄膜晶体管液晶显示器”（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）是不同类型的产品。部分国外又称 OLED 为有機電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。

OLED具有自发光性、广视角、 高对比、低耗电、高反应速率、全彩化、制程简单等优点，OLED显示器的种类可分单色、多彩及全彩等种类，而其中以全彩制作技术最为困难，OLED显示器依驱动方式的不同又可分为被动式（Passive Matrix，PMOLED）与主动式（active matrix，AMOLED）。


[编辑] 运作参数和效率
一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固定在金属铁片上，以助散热。在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现 ，而其效率大约是每瓦18至22流明。

2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最亮的白光LED。在2005年他们展示了一款白光LED原型，在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。[2]

今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED阵列安放在屏幕上，用以制造彩色显示幕。


[编辑] 失效模式
最常见的发光二极管（和镭射二极管）的失效是逐渐降低光输出和效率损失。然而,　瞬间的失效也是可能会发生。晶核成长过程中的差排可能导致光辐射在差排的结合形成使得活性区域衰减的机制；意味着晶格中有存在缺陷并可以经由热、高的电流密度及光的放射来加速。 砷化镓及砷化铝镓相较于砷磷化镓、砷磷化铟镓及磷化铟是比较容易受这个机制所影响，基于活性区域的不同性质，氮化镓及氮化铟镓则对这类的缺陷更为敏感，不管怎样，高的电流密度可以导致原子的迁移电子跳离活性区域引出差排和点缺陷，看起来像是非光辐射的结合来产生热而非光，电离辐射同样的也会状造这样的缺陷，使得LED存在辐射电路局限的问题(例如光绝缘体中)，早期的红光因而有显著的短寿命。

白光LED通常使用一或多种的萤光粉，萤光粉会受到热跟寿命的影响而衰减降低效率导致产出的光色改变。

高的电子流在高的温度下会使得金属原子从电极扩散至活性区域，有些材料，尤其是氧化铟锡和银就容易有电子迁移；有些状况，尤其是GaN/InGaN的二极管，阻挡层金属被使用来阻碍电子的迁移，机械的应力、高的电流和腐蚀性的环境可能会使得细小的连结发生导致短路。

高功率LED对电流的拥挤敏感，不均匀的电流密度分布在接合点（junction）上，可能会产生局部的热点，存在热烧毁的风险，基板的不均匀导致热传导损失，使得问题变的更严重，常见的是来至于焊接材料的孔洞或是电子迁移效应和Kirkendall空洞，热烧毁是LED常见的失效。

当光的输出超出了临界水平而导致琢面（facet）烧熔时，雷射二极管可能会有激烈的光学损坏。

有些塑胶封装的的材质会因为热的原素而变黄导致局部波长的光吸收而影响波长。

突然间的失效常常是因为热应力所致，当环氧树脂的封装达到玻璃转移温度时，树脂会很快速的膨胀，在半导体和焊点接触的位置产生机械应力来弱化或扯断它，而在非常低的温度时则会让封装产生裂痕。

静电的放电也可能产生半导体接合点（junction）立即的失效，特性的永久漂移及潜在的损坏都会导致衰减的速率增加，成长在蓝宝石基板的发光二极管及雷射，对ESD的损害更为敏感

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1993年，当时在日本日亚化工（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化镓（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990年代后期得到广泛应用。理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白光，但现下的白光LED却很少是这样造出来的。

现时生产的白光LED大部分是透过在蓝光LED(near-UV,波长 450 nm 至 470 nm)上覆盖一层淡黄色萤光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是透过把掺了铈的钇-铝-镓(Ce3+:YAG)晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的。当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光谱中心约为580nm）的主要为黄色的光。(实际上单晶的掺Ce的YAG被视为闪烁器多于磷光体。)由于黄光会刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作“月光的白色”。 这种制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所开发并从1996年开始用在生产白光LED上。 若要调校淡黄色光的颜色，可用其他稀释金属铽或钆取代Ce3+:YAG 中掺入的铈(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的模式做到。

而基于其光谱的特性，红色和绿色的物件在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。

另外由于生产工艺的波动，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。

另一个制作的白光LED的方法则有点像日光灯，发出近紫外光的LED会被涂上两种磷光体的混合物，一种是发红光和蓝光的铕，另一种是发绿光的，搀杂了硫化锌(ZnS)的铜和铝。但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂裂化变质，所以生产难度较高，而寿命亦较短。与第一种方法比较，它效率较低而产生较多热(因为Stokes Shift前者较大)，但好处是光谱的特性较佳，产生的光比较好看。而由于紫外光的LED功率较高，所以其效率虽比较第一种方法低，出来的亮度却相若。

最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。新的做法是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。
其他颜色
近期开发出来的LED颜色包括粉红色和紫色，都是在蓝光LED上覆盖上一至两层的磷光体造成。粉红色LED用的第一层磷光体能发黄光，而第二层则发出橙色或红色光。而紫色LED用的磷光体发橙色光。 另外一些粉红色LED的制造方法则存在一定的问题，例如有些粉红色LED是在蓝光LED涂上萤光漆或指甲油，但它们有可能会剥落；而有些则用上白光LED加上粉红色磷光体或染料，可是在短时间内颜色会褪去。

价钱方面，紫外线、蓝色、纯绿色、白色、粉红色和紫色LED是较红色、橙色、绿色、黄色、红外线LED贵的，所以前者在商业用途上比较逊色。

发光二极管是封装在塑胶透镜内的，比使用玻璃的灯泡或日光灯更坚固。而有时这些外层封装会被上色，但这只是为了装饰或增加对比度，实质上并不能改变发光二极管发光的颜色。

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运作参数和效率
一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固定在金属铁片上，以助散热。在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现 ，而其效率大约是每瓦18至22流明。

2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最亮的白光LED。在2005年他们展示了一款白光LED原型，在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。[2]

今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED阵列安放在屏幕上，用以制造彩色显示幕。

运作参数和效率
一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固定在金属铁片上，以助散热。在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现 ，而其效率大约是每瓦18至22流明。

2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最亮的白光LED。在2005年他们展示了一款白光LED原型，在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。[2]

今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED阵列安放在屏幕上，用以制造彩色显示幕。

运作参数和效率
一般最常见的LED工作功率都是设定于30至60毫瓦电能以下。在1999年开始引入了可以在1瓦电力输入下连续使用的商业品级LED。这些LED都以特大的半导体芯片来处理高电能输入的问题，而那半导体芯片都是固定在金属铁片上，以助散热。在2002年，在市场上开始有5瓦的LED的出现 ，而其效率大约是每瓦18至22流明。

2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的蓝光LED，在20毫安下达到35%的照明效率。他们亦制造了一款达65流明每瓦的白光LED商品，这是当时市场上最亮的白光LED。在2005年他们展示了一款白光LED原型，在350毫安工作环境下，创下了每瓦70流明的记录性效率。[2]

今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生产成本低得多，例如可以用简单的印制方法将特大的OLED阵列安放在屏幕上，用以制造彩色显示幕。

LED与没有极性的白炽灯不同,只能在正向电流流过时才能发光。当加电压为正向时, 会有较大的电流流过，于是我们称之为顺向偏压。如果电压极性接反了, 则被称为逆向偏压, 这时只有很小电流流过器件, 并且不发光。LED 可以工作在交流电压下, 但只有正向电压能使它被点亮, 这会导致LED 以该交流电的频率闪烁。
可以参考下表来确定LED的极性:


符号: + −
极性: 正 负
端子: 阳极 阴极
连线: 红 黑
管脚: 长 短
记号: 无 条纹
管脚号: 1 2
PCB: 方 圆
内部: 小 大
外部: 圆 平




不论是看内部架构还是看外观，都不能百分之百准确确定发光二极管的极性。透过看管脚的长度来判断极性是最为可靠的，但也不是百分之百。


因为发光二极管的电压-电流特性与普通二极管是相似的(近似于指数曲线)，所以一个很小的电压就会造成巨大的电流。进一步考虑到发光二极管生产工艺的离散性，因此很难用一个电压源为发光二极管供电，因为这样做很可能超过最大定额而使器件烧毁。
因为电压与电流成对数相关，所以在发光二极管的整个工作区，电压可以认为基本上是恒定的。因此功率大致与电流成正比。为保证发光二极管功率的恒定，给它供电的应该是一个电流源。在不需要高效率的场合(例如指示灯)，一般可以用一个电压源串连一个限流电阻来作为电流源为发光二极管供电。
许多LED额定的反向击穿电压值一般比较低, 因此加上几伏的反向电压就可能损坏。由于一些制造商没有遵守关于极性的规范，因此使用LED之前，尽可能先查找数据资料，或者先用一个低压电源串连一个电阻测试出正确的极性来，以免器件被反向击穿。如果需要用超过反向击穿电压的交流电供电的话，可以用反并联一个二极管(或另一个LED)的方法进行保护。


有的LED在出厂时内部就已经集成了串连电阻。这样可以节省印刷线路板的空间，这在搭建样机或扩展印刷线路板时特别有用。然而由于串连电阻值在出厂时就已经确定，使得LED的一种主要的集成设置方法无法应用。为提升效率，(或者允许无须数模转换的集成控制)，可以对LED进行周期性或交替的供电，只要闪烁频率高于人眼的视觉暂留，LED看起来就象连续发光一样。
只要有足够高的电压，多个LED可以与单个限流电阻串连起来。并联的应用一般会有问题，LED必须是同一型号以便拥有相近的正向电压。即便如此，生产工艺的波动也会让这种并联应用无法令人满意。详情请参考日亚应用手册。
双色LED单元包含两个二极管，极性相反(即两个二极管是反并联的)，颜色不同(典型是红色和绿色)，可以显示两种颜色，或者透过调整两个二极管导通时间的比例来实现各种混合颜色。另一些LED单元里的两个或多个不同颜色的二极管是共阳极或共阴极架构，这样无须改变极性就可以产生多种颜色的光。


可以用一个集成的多谐振荡器电路使LED闪烁起来。

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LED应用
已知的LED应用列表
发光二极管被用于各式嵌入式系统的讯息指示器：

状态指示灯
连续指示灯
应急车辆上的发光条
机场和火车站的轻薄型消息显示板以及用于火车、汽车、电车以及渡轮的终点显示牌
红光或黄光LED被用于需要保持夜间视觉环境下的指示器
红光LED的字母数字显示器
红、黄、绿和蓝光LED可用于铁路建设模型
白光可以应用于照明，如：路灯、隧道灯、手电筒
用于传送数码讯息：

电视机、录影机，等家电的遥控器，使用了红外线发光二极管
光纤通讯
排列成点矩阵用以显示讯息
交通灯，取代有色灯泡
位移探测器，例如：光学鼠标

由若干独立的LED组成的单个光源LED作为白炽灯和萤光灯的替代品，被称为固态照明(SSL)──多个白光LED组合成一簇构成一个光源。LED的效率提升得很快：目前大功率白光平均光输出为60~80流明每瓦(lm/W)，2008年底有望达到120 lm/W。LED的长寿命让固态照明非常有吸引力。机械上SSL也比白炽灯和荧光灯更坚固。目前固态照明还未能实现家用，因为还需要电源转换，而且比较昂贵，尽管成本正在下降。闪光LED目前已经广泛应用了。

白炽灯泡非常便宜，但效率也很低，家用钨丝灯为16 lm/W，卤素灯大约为22 lm/W。荧光灯效率很高，50到100 lm/W (平均 60 lm/W)，但是灯管易碎，并且 需要起辉器和镇流器，因而有时会产生听觉噪音。节能灯里面集成了一个安静的镇流器，相对比较坚固和高效，适用于标准灯座，目前是家用照明的最佳选择。

随着技术的发展，SSL的成本会不断降低，并有望在2020年以前进入千家万户。现下LED主要用于信号指示，而在LED这一领域具有明显的优势。在世界各地，采用发光二极管发光的交通信号灯、汽车指示灯及道路状况告示等已慢慢的变得普遍。

由于具有极好的单色性，在一些需要某种颜色的场合，发光二极管也比白色的光源更有优势。与传统白光光源不同，发光二极管无须表面涂覆用于吸收大部 份光输出的涂料，因为它们的颜色是与生俱来的，而且颜色多种多样。最近刚推出的一种“碧绿”色(蓝绿色，约500nm)，符合交通指示灯和导航灯的规范要 求。

有些应用场合要求光源不能带蓝色成份，比如暗室的安全照明，存放一些感光化学材料的实验室的指示灯，以及一些必须保持暗夜适应性（夜景模式）的场合，诸如飞机尾部和桥梁的显示和观察。黄光发光二极管是满足这种需求的最佳选择，因为人眼对黄光比其他颜色光敏感得多。


[编辑] 照明应用例子

在香港地下铁(MTR)列车中试验的发光二极管照明。台湾高雄市自由一路的路灯已经在2007年6月改用LED路灯并且正式验收启用，其灯具的发光效率以及光型皆达到现有的道路照明标准。

香港港铁现时有一列行走荃湾线的列车在最后一节车厢的照明都换成了发光二极管照明。另外，亦在罗湖站的新扶手电梯天花安装一组试验性的LED日光灯。根据前九铁的刊物，这一组发光二极管日光灯预计可每年节省66%的电力消耗[3]。

发光二极管显示屏
发光二极管显示板所使用的LED有两种形式：传统炮弹型发光二极管和表贴型(SMD)，大部分户外、室内显示屏都由多颗个别封装的发光二极管所构成，红、绿、蓝三种颜色的发光二极管形成一组，驱动后形成一个方形的全彩画素，分辨率由画素间距决定，间距为画素的中心点到另一邻近画素中心点的距离，世界最大的发光二极管显示屏长度超过1,500英尺，位于拉斯维加斯Las Vegas, Nevada covering the Fremont Street Experience.

多数市场上的室内显示屏都用表贴SMD技术制造(现下延伸到室外市场的趋向)。SMD像素点包括红色, 绿色, 和蓝色二极管灯上的芯片组，然后焊接在PCB板上。各自的二极管比针头小和一起被设置非常接近。这种灯做出来的显示屏相对与传统炮弹型发光二极管做的显示屏，有更好的颜色一致型和大约减少25%的最小视距。

室内使用的LED显示屏ㄧ一般须要一个以SMD技术制造的屏幕且至少要有600 cd/m2(烛光每平方米, nits) 亮度。这通常足够(甚至过剩)用在公司和零售店，但是在高亮度的环境，屏幕的亮度可能是可见度的关键。流行和自动展示是两个高亮度发光二极管灯光的佳例，舞台灯光可能要更亮的发光二极管。相对而言。当屏幕快照出现在电视上时。低亮度、低色温(通常显示器的白点色温为6500-9000K，这比通常的电视生产集要蓝得多）则是必须的。

室外使用ㄧ多数情况下需要4000 nits亮度，一些更高亮度的型号提供的可达10000 nits的光强甚至比阳光直射在屏幕上更明亮。


[编辑] 触控面板上的多重接触-传感
可见光发光二极管与光检测器都是使用能隙落在可见光波段的正-负接面，因此具有许多相同的物理特性，而将发光二极管应用在光检测上，是早已被熟知的技艺，但直到最近，被称为双向发光二极管阵列方被提出，并应用在触控面板上的接触传感touch-sensing。2003年，Dietz、Yerazunis与Leigh发表的论文中[4] ，叙述了如何把发光二极管应用为便宜的检测元件。


在此应用中，阵列中各个发光二极管被快速地被点亮、熄灭。发光二极管点亮后，发射光照射到操作者的手指或图案，其反射光再经由熄灭状态的发光二极管所检测，并在反向偏压下操作的发光二极管上，感应出电压，接着透过微处理器读出该感应电压的大小，Jeff Han的网站中提供影片展示该发光二极管阵列检测器之操作状况

solateklight

学习中，受益菲浅

iwo

好帖,支持!

szsui

好帖子，学习了。同意楼上的，请LZ再进行编辑。

ayqltg

辛苦LZ！！！好贴！！

yuri

知识呀 学习中

SNAKELB

进来补习下(:smile:)