发光二极管,通常称为LED,是在电子学世界里面的真正无名英雄。它们做了许多不同工作和在各种各样的设备都可以看见它的存在。

　　基本上,发光二极管只是一个微小的电灯泡。但不像常见的白炽灯泡，发光二极管没有灯丝，而且又不会特别热。它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。

　　什么是二极管

　　二极管是半导体设备中的一种最常见的器件,大多数半导体最是由搀杂半导体材料制成(原子和其它物质)发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子都完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流。在搀杂物质中，额外的原子改变电平衡，不是增加自由电子就是创造电子可以通过的空穴。这两样额外的条件都使得材料更具传导性。带额外电子的半导体叫做N型半导体，由于它带有额外负电粒子，所以在N型半导体材料中，自由电子是从负电区域向正电区域流动。带额外“电子空穴”的半导体叫做P型半导体，由于带有正电粒子。电子可以从另一个电子空穴跳向另一个电子空穴，从从负电区域向正电区域流动。

　　因此，电子空穴本身就显示出是从正电区域流向负电区域。二极管是由N型半导体物质与P型半导体物质结合，每端都带电子。这样排列使电流只能从一个方向流动。当没有电压通过二极管时，电子就沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，从而形成一个损耗区。在损耗区中，半导体物质会回复到它原来的绝缘状态--所有的这些“电子空穴”都会被填满，所有就没有自由电子或电子真空区和电流不能流动。

　　为了除掉损耗区就必须使N型向P型移动和空穴应反向移动。为了达到目的，连接二极管N型一方到电流的负极和P型就连接到电流的正极。这时在N型物质的自由电子会被负极电子排斥和吸引到正极电子。在P型物质中的电子空穴就移向另一方向。当电压在电子之间足够高的时候，在损耗区的电子将会在它的电子空穴中和再次开始自由移动。损耗区消失，电流流通过二极管。

　　如果尝试使电流向其它方向流动，P型端就边接到电流负极和N型连接到正极，这时电流将不会流动。N型物质的负极电子被吸引到正极电子。P型物质的正极电子空穴被吸引到负极电子。因为电子空穴和电子都向错误的方向移动所以就没有电流流通过汇合处，损耗区增加。

　　为什么二极管会发光

　　光是能量的一种形式，一种可以被原子释放出来。是由许多有能量和动力但没质量的微小粒子似的小捆组成的。这些粒子被叫做光子，是光的最基本单位。光子是因为电子移动才释放出来。在原子中，电子在原子的四周围以轨道形式移动。电子在不同的轨函数有着不同等的能量。通常来说，有着更大能量的电子以轨道移动远离了核子。当电子从一个更低的轨道跳到一个更高的轨道，能量水平就增高，反过来，当从更高轨函数跌落到更低的轨函数里时电子就会释放能量。能量是以光子形式释放出来的。更高能量下降释放更高能量的光子，它的特点在于它的高频率。

　　自由电子从P型层通过二极管落入空的电子空穴。这包含从传导带跌落到一个更低的轨函数，所以电子就是以光子形式释放能量。这在任何二极管里都会发生的，当二极管是由某种物质组成的时候，你只是可以看见光子。在标准硅二极管的原子，比如说，当电子跌落到相对短距离原子是以这样的方式排列。结果，由于电子频率这么低的情况下人的眼睛是无法看得到的。

　　可见光发光二极管，比如用在数字显示式时钟的，间隙的大小决定了光子的频率，换句话说就是决定了光的色彩。当所有二极管都发出光时，大多数都不是很有效的。在普通二极管里，半导体材料本身吸引大量的光能而结束。发光二极管是由一个塑性灯泡覆盖集中灯光在一个特定方向。

　　发光二极管比传统的白炽灯有几个优点。第一个是发光二极管没有灯丝会烧坏，所以寿命就更长。此外，发光二极管的小小塑性灯泡使得发光二极管更持久耐用。还可以更加容易适合现在的电子电路。传统白炽灯的发光过程包含了产生大量热量。这是完全是浪费能源。除非你把灯当做发热器用，因为绝大部分有效电流并不是直接产生可见光的。发光二极管所发出的热非常少，相对来说，越多电能直接发光就是越大程度上减少对电能的需求。

　　直到现在，因为是用先进半导体材料制造所以发光二极管在大多数照明应用上还过于昂贵。半导体器件的价格在过去10年里大幅度地降低，然而，使得发光二极管在更广的应用下的一个更划算照明选择，在不远的将来，发光二极管将会在世界技术上扮演更加大的角色。

　　1、led发光二极管选型要点

　　发光二极管的选型要关注以下特点：

　　a、色彩;b、封装尺寸;c、正向电压;d、功耗;e、本钱;f、工作温度;

　　2、led发光二极管的特点

　　2.1led发光二极管基本结构

　　发光二极管简称为LED，构成LED的重要材料包罗：管芯、粘合剂、金线、支架和环氧树脂。

　　下图是贴片发光二极管的制造流程：

　　2.2发光二极管类型

　　发光二极管按照装配方式分为贴片和插件两种。

　　贴片发光二极管正负极标识表记标帜如下图：

　　插件发光二极管正负极标识表记标帜如下图：

　　按照发光类型还可分为通俗单色发光二极管、高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管等。

　　2.2.1通俗单色发光二极管

　　通俗单色发光二极管具有体积孝工作电压低、工作电流孝发光均匀不变、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，应用时需串接合适的限流电阻。

　　通俗单色发光二极管的发光色彩与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650~700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630~650nm，橙色发光二极管的波长一般为610~630nm摆布，黄色发光二极管的波长一般为585nm摆布，绿色发光二极管的波长一般为555~570nm。

　　常用的国产通俗单色发光二极管有BT(厂标型号)系列、FG(部标型号)系列和2EF系列。常用的进口通俗单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。

　　2.2.2高亮度发光二极管

　　高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管应用的半导体材料与通俗单色发光二极管不同，所以发光的强度也不同。平日，高亮度单色发光二极管应用砷铝化镓(GaAlAs)等材料，超高亮度单色发光二极管应用磷铟砷化镓(GaAsInP)等材料，而通俗单色发光二极管应用磷化镓(GaP)或磷砷化镓(GaAsP)等材料。

　　2.2.3变色发光二极管

　　变色发光二极管是能变换发光色彩的发光二极管。变色发光二极管发光色彩种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色(有红、蓝、绿、白四种色彩)发光二极管。

　　变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。

　　常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三色发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号。长用

　　2.2.4电压控制型发光二极管

　　通俗发光二极管属于电流控制型器件，在应用时需串接恰当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管(BTV)是将发光二极管和限流电阻集成制造为一体，应用时可直接并接在电源两端。

　　2.2.5红外发光二极管

　　红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光(不成见光)并能辐射出往的发光器件，重要应用于各种光控及远控发射电路中。

　　红外发光二极管的结构、道理与通俗发光二极管邻近，只是应用的半导体材料不同。红外发光二极管平日应用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、玄色的树脂封装。

　　常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等

　　2.3led发光二极管特点

　　发光二极管与通俗二极管一样是由一个PN结构成，也具有单领导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注进到N区的空***和由N区注进到P区的电子，在PN结四周数微米内别离与N区的电子和P区的空***复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材估中电子和空***所处的能量状况不同。当电子和空***复合时开释出的能量多少不同，开释出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

　　发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特点曲线很陡，应用时必须串联限流电阻以控制经过过程管子的电流。限流电阻R可用下式计算：

　　R=(E-UF)/IF

　　式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

　　发光二极管与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低(有的仅一点几伏);工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光);抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长;经过过程调制经过过程的电流强弱可以便利地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在很多电子设备中用作旌旗灯号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管构成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数量字。发光二极管图形符号如下图所示：

　　2.4发光二极管重要参数及其特点

　　2.4.1发光二极管正向电压VF

　　正向电压指LED经过过程的正向电流为规定值时，正、负极之间产生的电压降，用符号VF表示。我司常用的贴片发光二极管正向电压为2.0V-3.5V，超过了正常工作电压，二极管可能被击穿。此外，在正向电压正小于某一值(叫阈值)时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压敏捷增长，发光。

　　2.4.2发光二极管正向电流IF

　　正向电流指LED在正常工作时的电流，一般通俗发光二极管的工作电流很小，只有10mA-45mA。在电压增长时，电流会有很大程度的上升，所以一般发光二极管都串接有庇护电阻，下图是发光二极管的伏安特点曲线：

　　2.4.3发光二极管反向电压VR

　　反向电压指LED两端所许可加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿破坏。我司常用的发光二极管最大反向电压一般为5V。

　　2.4.4发光二极管最大功耗PD

　　最大功耗是指许可加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、破坏。LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)，电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A;这就是说，它消费的电能不超过0.1W，雷同照明后果比传统光源节能80%以上。

　　2.4.5发光二极管色彩与波长

　　由不同材料制成的管芯可以发出不同的色彩。即使同一种材料，经过过程改变掺进杂质的种类或浓度，或者改变材料的组份，也可以得到不同的发光色彩。下表是不同色彩的发光二极管所应用的发光材料。

　　2.4.6发光二极管光强

　　一光源在单位立体角内所发出的光通量称为该光源的光强I。发光强度的单位是坎德拉(cd)常用毫坎德拉(mcd),一单位立体角内发出一流明的光称为一坎德拉。坎德拉是一个光源在给定标的目标上的发光强度。

　　2.4.7发光二极管视角

　　在发光强度分布图形中，发光强度即是最大强度一半构成的角度称为半值角。如图<5>所示。图中，沿LED法向为机械轴标的目标，最大发光强度标的目标为光轴标的目标，机械轴与光轴之间的夹角成为误差角。芯片的厚度、封装模条的外形尺寸、支架反射杯的深度以及支架在模腔中的插进深度都对半值角的大小有直接影响。制造中，可以按照客户请求，经过过程拔取不同的材料及选用不同的封装尺寸来得到不同大小的半值角。从发光强度角分布图来分有三类：

　　a、高指向性，一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以构成主动检测体系。

　　b、标准型，平日作指导灯用，其半值角为20°～45°。

　　c、散射型，这是视角较大的指导灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

　　2.4.8发光二极管工作温度

　　工作环境温度是影响二极管工作的一个重要参数，对光强电流等参数都有很大影响,如下图是工作温度-30°～+80°的二极管的电流光强与温度曲线.

　　2.4.9发光二极管应用寿命

　　人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，应用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

　　2.4.10其他

　　除了上述参数外，发光二极管还有存储温度、纯度、色度、通光量、响应时光、气候条件、温湿循环、引线强度、可焊性等参数影响

　　3发光二极管封装

　　LED芯片的封装情势很多，针对不同应用要求和不同的光电特点请求，有各种不同的封装情势，回纳起来有如下几种常见的情势：

　　软封装——芯片直接粘结在特定的PCB印制板上，经过过程焊接线连接成特定的字符或陈列情势，并将LED芯片和焊线用透明树脂庇护，组装在特定的外壳中。这种钦封装常用于数码显示、字符显示或点陈显示的产品中。

　　引脚式封装——常见的有将LED芯片固定在2000系列引线框架上，焊好电极引线后，用环氧树脂包封成必然的透明外形，成为单个LED器件。这种引脚或封装按外型尺寸的不同可以分成φ3、φ5直径的封装。这类封装的特点是控制芯片到出光面的间隔，可以获得各种不同的出光角度：15°、30°、45°、60°、90°、120°等，也可以获得侧发光的请求，比力易于主动化临盆。

　　贴片封装——将LED芯片粘结在渺小型的引线框架上，焊好电极引线后，经注塑成型，出光面一般用环氧树脂包封

　　双列直插式封装——用类似IC封装的铜质引线框架固定芯片，并焊接电极引线后用透明环氧包封，常见的有各种不同底腔的“食人鱼”式封装和超级食人鱼式封装，这种封装芯片热散掉较好，热阻低，LED的输进功率可达0.1W~0.5W大于引脚式器件，但本钱较高。

　　功率型封装——功率LED的封装情势也很多，它的特点是粘结芯片的底腔较大，且具有镜面反射才能，导热系数要高，并且有足够低的热阻，以使芯片中的热量被快速地引到器件外，使芯片与环境温度保持较低的温差。

　　4led发光二极管各封装热阻对比

　　大量实践表白，LED不能加大输进功率的基本原因是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温敏捷上升，输进功率越高，发热效应越大，温度的升高将导致器件性能的变化与衰减，直至掉效。减小LED温升效应的重要方法：一是想法进步器件的电光转换效力，使尽可能多的输进功率改变成光能;另一个重要门路是想法进步器件的热散掉才能，使结温产生的热经过过程各种门路散发到四周环境中往。显然对于一个肯定的LED，想法降低热阻是降低结温的重要门路。

　　实践指出，LED的热阻将严重影响器件的应用条件与性能。对于肯定的环境温度，热阻越小，所对应的极大正向电流就越大。这显然是由于，当热阻较小时，器件的散热才能较强，是以为达到器件的最大结温，器件工作在较大的正向电流。反之，如器件的热阻较大，器件散热不易，故在较小的正向电流下，LED即可达到最大结温。