發光二極管簡介

李梅芳

摘 要：文章首先簡要介紹了發光二極管，接著論述了發光二極管的伏安特性、發展歷史、分類特點及應用前景。

關鍵詞：發光二極管（LED）；LED光源；應用前景

中圖分類號：TN312.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0069-01

1 發光二極管簡介

發光二極管簡稱LED（英文light emitting diode的縮寫）是二極管的一種，當加以正向電壓超過某一值后，二極管會發出某種顏色的光，具體發光的顏色與發光二極管的制造材料有關。早期的發光二極管的亮度只能用作為指示器或數字表的顯示，如今可以制作成各種燈，如路燈、交通燈、霓虹燈等，還可以拼接成LED大屏幕。

發光二極管具有普通二極管的普遍特性比如單向導電性，其伏安特性曲線與普通二極管一樣：在施加正向電壓小于某一值（叫閾值）時，電流極小，這時不導通也不發光；而當施加反向電壓時不導通，處于截止狀態，當反向電壓超過一定值，二極管將被擊穿而損毀。

當發光二極管兩端所所施加的正向電壓超過某一值后，電流迅速增加，并且發出光來，正向工作電壓一般在1.4～3 V。正常發光時發光二極管的正向電流在十幾毫安到幾十毫安之間，但是在LED中有一種特殊型號工作電流通常在2 mA以下，但是其發光的亮度與普通燈管是一樣的。

2 發光二極管的發展歷史

發光二極管的發展是一個長而慢的進程，它的工作原理屬于一種“電致發光”現象。這種“電致發光”現象最早在1907年從一塊碳化硅上觀察到的，但是因為它發出的光太暗了，當時實驗又比較困難，所以并沒有繼續研究下去。1936年George Destriau發表了一份關于硫化鋅粉發光的報告，此后，他就被人們認為是“電致發光”的創始者。

到1960年初，英國科學家終于使用砷化鎵造出了第一個“現代”的發光二極管，但是它只能發出不可見的紅外線。所以最早的發光二極管是從紅外線光開始的，直到現在紅外發光二極管制成的紅外燈，仍然是夜視攝像機補光的重要光源。

關于可見光的發光二極管，1960年末才制造出第一個發紅光的二極管。1970年中期使用磷化鎵發出了很淡的綠光，使用雙磷化鎵芯片發出黃色光。藍色光發光二極管是最后一個制造出來的，第一個藍光二極管是1990年使用碳化硅制造出來。

然而，發光二極管不僅看它的顏色，還要考慮它的亮度，如果亮度不夠，是很難在工業上得到廣泛應用的，只能局限于實驗室的科學研究。20世紀80年代中期使用鎵鋁砷化磷制造第一代超亮發光二極管，首先是紅色光然后是黃色光最后是綠色光，在90年代中期使用氮化鎵制造出超亮藍色光發光二極管，隨后很快也使用氮化銦鎵制造出高強度綠光和藍光二極管。

顏色和亮度問題解決以后，發光二極管作為“節能環保”的新型光源，受到人們的重視，并且投入實際生產與大量應用。根據紅綠藍三基色原理，可以發出任何顏色的可見光，這樣發光二極管不僅在路燈、交通燈等方面作為新型光源得到了廣泛的應用，而且直接催生了“LED”屏幕技術的發展和應用。

3 發光二極管的分類

3.1 按照發光管發出的顏色不同進行分類

按照發光管發光顏色的不同進行不同分類，可以將發光管分為紅、橙、綠、藍燈顏色。另外，在一些發光管中不僅僅是一種顏色的芯片。這時可以根據發光處是否摻加散射劑，有沒有顏色進行分類。上述的顏色的發光二極管可以分為有色與無色透明，有色與無色散射四種類型。

3.2 按發光管的出光面特征分類

按照發光管出光面的不同，可以將其分為圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2 mm、φ4.4 mm、φ5 mm、φ8 mm、φ10 mm及φ20 mm等。

從封裝技術分有陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。

4 LED光源的特點

LED光源具有耗電量少、亮度高、功耗小、壽命長等優點，并且易與集成電路匹配。

4.1 高節能

直流驅動，超低功耗（單管0.03～0.06 W）電光功率轉換接近100%，在相同的照明效果下，它可以比傳統的照明工具節約80%以上的耗能。

4.2 響應速度快

由于是半導體器件，響應時間一般是毫秒級的，可以說是瞬間。

4.3 工作電壓低

傳統的日光燈是通過整流器釋放的高電壓來點亮的，而LED燈具在一定范圍（電壓可調80～245 V）的電壓之內都能點亮，還能調整光亮度。

4.4 壽命長

LED與傳統燈管相比不存在發光絲容易燒壞、光衰等缺點，其壽命可以達到6～10萬 h，比傳統照明工具的壽命要高10倍左右。

4.5 亮度高

二極管的亮度極高，它可以適用于交通燈及防霧燈等。而且它可以根據天氣及人們對亮度的不同需求進行靈活調節。

4.6 多變幻

LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產生256×256×256=16 777 216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

4.7 利環保

從環保的角度來說，二極管比傳統燈管要環保，它發光沒有紫外線和紅外線，因此既不產生熱量也不會產生輻射。而且它不含汞，對環境不造成污染，廢棄物可以回收，并且它屬于冷光源，可安全觸摸，是典型的綠色照明光源。

4.8 堅固牢靠

LED燈體本身使用的是環氧樹脂而并非傳統的玻璃，更堅固牢靠。

5 LED的應用

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，它不僅節能、環保，而且壽命長、體積小，因此廣泛適用于裝飾、照明、顯示以及城市夜景等多個領域。最開始，LED只是用作各種儀表的指示光源，但是隨著LED的不斷發展普及，它逐漸被應用到交通信號燈、顯示屏等各個領域，也由此產生了很好的經濟效益和社會效益。高亮度的LED將是人類繼愛迪生發明白熾燈泡后最偉大的發明之一，LED很可能成為取代白熾燈、鹵鎢燈和節能熒光燈最具潛力的第四代新光源。LED戶外照明不僅廣泛應用于城市景觀，還用于隧道等。以12"的紅色交通信號燈為例，低光效的140 W白熾燈作為光源，產生2 000流明的白光，經紅色濾光片后光損失90%，只剩下200流明的光。而在新設計的LED燈采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內共耗電14 W，即可產生同樣的光效。

由于LED響應速度快（納秒級），LED光源的重要應用之一是在汽車信號燈中的應用。從1987年開始，我國在汽車上安裝高位剎車燈，這樣可以讓后面車輛的司機提早知道前方的行駛情況，也可以降低追尾事故的發生率。

另外，LED燈在很多領域都可以應用到，例如，在室外顯示屏及匙扣式微型電筒等，LED顯示屏具有其他顯示屏所無法比擬的技術優越性。LED顯示屏的發光部分由LED拼裝組成的，顯示屏的大小可以根據實際需要進行隨意拼裝，它以其豐富的色彩、清晰的圖像、完美的多媒體效果，強大的視覺沖擊力將信息、文字、圖片、動畫、視頻等多種方式顯示出來，成為信息傳播的劃時代產品，使用計算機進行控制，可由用戶任意編排顯示模式，操作方便靈活，在鐵路民航、廣場上、商場以及多種監控調度中心都有廣泛應用。

參考文獻：

[1] 王悅，李澤深，劉維.LED發光二極管特性測試[J].物理實驗，2013，（2）.