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字号： 大大 中中 小小 LED基础知识光是什么？
光是电磁波，可见光是波长为400-700纳米的电磁波。小于400纳米的电磁波为紫外线，如X-射线；大于700纳米的电磁波为红外线，如微波、广播无线电波。波长单位为纳米，相当于十亿分之一米。
LED是什么？
　　Light Emitting
Diode,即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
LED为何节能？
　　高亮度单色光的LED已经在市场上取得了进展。尽管它们与传统的灯泡相比更加昂贵，但是它们的优点完全可以抵消其较高的价格，即它具有更高的性价比。首先，一个红色LED发光达到某个亮度时所需消耗的能量是15瓦，而传统的灯泡要达到同等量度则要消耗高达150瓦的能量；另外据科学家们测定，LED通电发光时，有10%的电能可以转化成光能，而白炽灯泡的转化效率只有7-8%，由此可见，要达到同等的照明效果，LED灯比白炽灯节能是显而易见的了。
LED为何寿命长？
白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的，经过相当长时间的加热，钨丝就会老化甚至烧断，至此，白炽灯泡的寿命也就此告终了，而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的，二极管主要由PN结晶片、电极和光学系统组成，当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子和多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。由此可见二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的，不存在老化和烧断的现象，其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5-10万个小时。
使用LED注意事项
1. 焊接温度在260℃左右,时间控制在5S以内,焊接点离胶体底部在2.5mm以上,电烙铁一定要接地.
2. 请勿带电焊接LED.
3. 通电情况下,避免在80℃以上高温作业,如有高温作业一定要做好散热.
4. 静电:
①所有与兰、绿、白、紫LED相关作业人员一定要做好防静电如: 带静电环,穿静电衣,静电鞋.
②带有线静电环时,静电环要接地.并且地线与市地线电位差不超过5V或者阻抗不超过25Ω.
③作业机台及作业桌面均需加装地线.
5. 使用LED时电流最好不要超过20mA,最好使用15-19mA的电流.
6. 器件不可与发热组件靠得太近,工作条件不可超过其规定的极限.
7. 安装LED时,建议用导套定位,务必不要在引脚变形的情况下安装.
8. 在焊接温度回到正常以前,应避免LED受到任何震动或外力.
9. 如需要清洁LED,建议用超声波清洗LED,如暂时没有超声波清洗机可暂用酒精代替,但清洁时间不要超过一分钟.
注:勿用有机溶剂(如丙酮,天那水)清洗或擦拭LED胶体,造成发光不正常或胶体内部破裂,导至LED内部金线与芯片过接破坏.
10. LED在弯脚或折脚时请不要离胶体太近,应与胶体保持2mm以上的距离,否则会使LED胶体里面支架与金线分离,管脚在同一处的折迭次数不能超过三次，管脚弯成90°，再回到原位置为1次.
LED专业术语解释
色 温：
以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。
因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。
　　 不同光源环境的相关色温度
光源 色温
北方晴空 8000-8500k
阴天 6500-7500k
夏日正午阳光 5500k
金属卤化物灯 4000-4600k
下午日光 4000k
冷色营光灯 4000-5000k
高压汞灯 3450-3750k
暖色营光灯 2500-3000k
卤素灯 3000k
钨丝灯 2700k
高压钠灯 1950-2250k
蜡烛光 2000k
光源色温不同，光色也不同：
色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的感觉；
色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效果，有爽快的感觉；故称为"中性"色温。
色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，
a. 色温与亮度 高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。
b. 光色的对比 在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。
采用低色温光源照射，能使红色更鲜艳；
采用中色温光源照射，使蓝色具有清凉感；
采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。
显 色 性：
光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60~90。
显色分两种
忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。
效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。
光 效：
衡量光源节能的重要指标，就是光源发出的光通量除以光源所消耗的功率。单位：流明/瓦（lm/w）。
标准光源：
我们知道，照明光源对物体的颜色影响很大。不同的光源，有着各自的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化。为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明光源。因为光源的颜色与光源的色温密切相关，所以CIE规定了四种标准照明体的色温标准：
标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光（X0=109.87，Y0=100.00，
Z0=35.59）；
标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X0=99.09，Y0=100.00，
Z0=85.32）；
标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光
（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）；
标准照明体D65：代表相关色温大约为6504K的日光（X0=95.05，Y0=100.00，
Z0=108.91）；
标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其它日光。
CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布，是规定的光源颜色标准。它并不是必须由一个光源直接提供，也并不一定用某一光源来实现。为了实现CIE规定的标准照明体的要求，还必须规定标准光源，以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布。CIE推荐下列人造光源来实现标准照明体的规定：
标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。
标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当 于中午日光。
标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当 于有云的天空光。
CIE标准照明体A、B、C由标准光源A、B、C实现，但对于模拟典型日光的标准照明体D65，目前CIE还没有推荐相应的标准光源。因为它的光谱能量分布在目前还不能由真实的光源准确地实现。当前国际上正在进行着与标准照明体D65相对应的标准光源的研制工作。
现在研制的三种模拟D65人造光源分别为：带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯。它们的相对光谱能量分布与D65有所符合，带滤光器的高压氙弧灯提供了最好的模拟，带滤光器的白炽灯在紫外区的模拟尚不太理想，荧光灯的模拟较差。为了满足精细辨色生产活动的需要，还有采用荧光灯和带滤器的白炽灯组成的混光光源，称为D75光源。其色温可达7500K。主要运用在原棉评级等精细辨色工作中。
Lab模式：
Lab模式是一般人较为陌生的色彩模式，这个模式的色彩定义是由国际照明委员会CIE所制定的，也是目前所有模式中涵盖色彩范围最广的模式。它的特色是对色彩的描述完全采用数学方式，与系统及设备无关，因此它可以无偏差地在系统与平台间进行转换。
Lab模式是以一个亮度分量L（Lightness）——范围是 0-100；以及两个颜色分量a与b来表示颜色。a分量是由绿色演变到红色——范围是
- 120-120；而b分量则是由蓝色演变到黄色——范围是 -120-120。
LED主要参数与特性
LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性
1.1 I-V特性 表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：
(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0
为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系
IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流 。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升 IF = IS e qVF/KT
（3）反向死区 ：V＜0时pn结加反偏压
V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区 V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V＜-
VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性
鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil
(300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m
当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF
LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P
= KT（Tj – Ta）。
1.4 响应时间
响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。
① 响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr 、tf 。图中t0值很小，可忽略。
② 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。
LED的点亮时间——上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。
LED 熄灭时间——下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。
不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7
S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统。
2 LED光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
2.1 发光法向光强及其角分布Iθ
2.1.1
发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
2.1.2 发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴ 为获得高指向性的角分布（如图1）
① LED管芯位置离模粒头远些；
② 使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③ 封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED 2θ1/2 = 6°左右，大大提高了指向性。
⑵ 当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2.2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴ LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中
LED 光谱分布曲线
1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O
4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯
① 是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp = 460～465nm；
② 是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm；
③ 是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm；
④ 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm；
⑤ 是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什幺材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。
⑵ 谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。
⑶ 主波长：有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λp也就是主波长。如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。
2.3 光通量
光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。目前单色LED的光通量最大约1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8
lm（小芯片），对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18 lm。
2.4 发光效率和视觉灵敏度
① LED效率有内部效率（pn结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。
LED光电最重要的特性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。
② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关系为 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ
③ 发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ
若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W
若光子能量hc=ev,则η≈ηP ，则总光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P
④ 流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP
它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。
以下列出几种常见LED流明效率（可见光发光效率）：
LED发光颜色 λp（nm） 材料 可见光发光效率（lm/w） 外量子效率
最高值 平均值
红光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2
黄光 590 GaP:N-N 0.45 0.1
绿光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15
蓝光 465 GaN 10
白光 谱带 GaN+YAG 小芯片1.6，大芯片18
品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为η=ηiηcηe ，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光（光取出效率）效率。由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：① 用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；② 把芯片晶体表面加工成半球形；
③用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽，可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。2.5发光亮度亮度是LED发旋光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2
或Nit。若光源表面是理想漫反射面，亮度BO与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为14×108Nit。LED亮度与外加电流密度有关，一般的LED，JO（电流密度）增加BO也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，ηc（复合效率）下降，BO减小。当环境温度不变，电流增大足以引起pn结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。
2.6寿命
老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为Bt=BO e-t/τ，Bt为t时间后的亮度，BO为初始亮度。通常把亮度降到Bt=1/2BO所经历的时间t称为二极管的寿命。测定t要花很长的时间，通常以推算求得寿命。测量方法：给LED通以一定恒流源，点燃103 ~104 小时后，先后测得BO ，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出寿命t。长期以来总认为LED寿命为106小时，这是指单个LED在IF=20mA下。随着功率型LED开发应用，国外学者认为以LED的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如LED的光衰减为原来35%，寿命＞6000h。
3 热学特性
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20
mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或λp
就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。LED的主波长随温度关系可表示为λp（ T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。
LED适用范围及寿命
LED是由超导发光晶体产生的超高强度的灯光。他发出的热量很少，不象白炽光那样浪费太多热量，不象荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体，也不象霓虹灯那样要求高电压而容易损坏，已祓全球公认为一代环保高科技产品。
LED系列可广泛应用在发光立体字；建筑景观外观发光体；高架、高楼、公路、桥梁、地标、标志建筑发光源；广告立体字、标志、标识、指示光源；商业空间、机场、建筑工程、地铁、医院、饭店、白货商场、广场、餐馆、PUB设计灯光；汽车、运输、轮船、宣传指示警示光源；电脑、手机、通信、鼠标、信号传输应用光源。每天使用12小时，每年使用365天，它可以使用20多年，它是将电能转换成光能在最有效方式。12V-24VDC低电压高光效能，比传统霓虹灯节省电力到少80%以上，绝对安全可靠。节省高耗的电力、电费，增加获利，提升您的市场竞争力。它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90%。记者还将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯做了一番比较，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm／W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm／W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm／W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为20～28lm／W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。