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LED是什么

什么是LED？

LED是英文Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，是一种半导体固体发光器件。利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫和白色的光。LED产品就是利用LED作为光源制造出来的高科技产品。

两种常见LED光源的剖面图

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，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P-N结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上各个国家围绕LED的研究和应用展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的计划。中国在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。

LED的优点

* 发光(能量转换)效率高 – 也即较省电，比传统灯泡高。
* 反应(开关)时间快 – 可以达到很高的闪烁频率。
* 使用寿命长 – 达35,000 ～ 50,000小时，相对日光灯为10,000 ～ 15,000小时，白炽灯为1,000 ～ 2,000小时。
* 耐震荡等机械冲击 – 由于是固态元件，相对日光灯、白炽灯等能承受更大震荡。
* 体积小 – 其本身体积可以造得非常细小(小于2mm)。
* 便于聚焦 – 因发光体积细小，易于而以透镜等方式达致所需集散程度，藉改变其封装外形，方向性从大角度的散射以至集中于细角度都可以达到。
* 多种颜色 – 能在不加滤光器下提供多种不同颜色，而且单色性强。
* 色域丰富 – LED覆盖色域较其他光源广。

LED的缺点

* 散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。
* 低端LED灯的省电性还是低于节能灯（冷阴极管，CCFL）。
* 初期购买成本较高。
* 因LED光源方向性很强，灯具设计需要考虑LED特殊光学特性。

LED的历史

最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。

70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。

90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。