发光二极管简介

李梅芳

摘 要：文章首先简要介绍了发光二极管，接着论述了发光二极管的伏安特性、发展历史、分类特点及应用前景。

关键词：发光二极管（LED）；LED光源；应用前景

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0069-01

1 发光二极管简介

发光二极管简称LED（英文light emitting diode的缩写）是二极管的一种，当加以正向电压超过某一值后，二极管会发出某种颜色的光，具体发光的颜色与发光二极管的制造材料有关。早期的发光二极管的亮度只能用作为指示器或数字表的显示，如今可以制作成各种灯，如路灯、交通灯、霓虹灯等，还可以拼接成LED大屏幕。

发光二极管具有普通二极管的普遍特性比如单向导电性，其伏安特性曲线与普通二极管一样：在施加正向电压小于某一值（叫阈值）时，电流极小，这时不导通也不发光；而当施加反向电压时不导通，处于截止状态，当反向电压超过一定值，二极管将被击穿而损毁。

当发光二极管两端所所施加的正向电压超过某一值后，电流迅速增加，并且发出光来，正向工作电压一般在1.4～3 V。正常发光时发光二极管的正向电流在十几毫安到几十毫安之间，但是在LED中有一种特殊型号工作电流通常在2 mA以下，但是其发光的亮度与普通灯管是一样的。

2 发光二极管的发展历史

发光二极管的发展是一个长而慢的进程，它的工作原理属于一种“电致发光”现象。这种“电致发光”现象最早在1907年从一块碳化硅上观察到的，但是因为它发出的光太暗了，当时实验又比较困难，所以并没有继续研究下去。1936年George Destriau发表了一份关于硫化锌粉发光的报告，此后，他就被人们认为是“电致发光”的创始者。

到1960年初，英国科学家终于使用砷化镓造出了第一个“现代”的发光二极管，但是它只能发出不可见的红外线。所以最早的发光二极管是从红外线光开始的，直到现在红外发光二极管制成的红外灯，仍然是夜视摄像机补光的重要光源。

关于可见光的发光二极管，1960年末才制造出第一个发红光的二极管。1970年中期使用磷化镓发出了很淡的绿光，使用双磷化镓芯片发出黄色光。蓝色光发光二极管是最后一个制造出来的，第一个蓝光二极管是1990年使用碳化硅制造出来。

然而，发光二极管不仅看它的颜色，还要考虑它的亮度，如果亮度不够，是很难在工业上得到广泛应用的，只能局限于实验室的科学研究。20世纪80年代中期使用镓铝砷化磷制造第一代超亮发光二极管，首先是红色光然后是黄色光最后是绿色光，在90年代中期使用氮化镓制造出超亮蓝色光发光二极管，随后很快也使用氮化铟镓制造出高强度绿光和蓝光二极管。

颜色和亮度问题解决以后，发光二极管作为“节能环保”的新型光源，受到人们的重视，并且投入实际生产与大量应用。根据红绿蓝三基色原理，可以发出任何颜色的可见光，这样发光二极管不仅在路灯、交通灯等方面作为新型光源得到了广泛的应用，而且直接催生了“LED”屏幕技术的发展和应用。

3 发光二极管的分类

3.1 按照发光管发出的颜色不同进行分类

按照发光管发光颜色的不同进行不同分类，可以将发光管分为红、橙、绿、蓝灯颜色。另外，在一些发光管中不仅仅是一种颜色的芯片。这时可以根据发光处是否掺加散射剂，有没有颜色进行分类。上述的颜色的发光二极管可以分为有色与无色透明，有色与无色散射四种类型。

3.2 按发光管的出光面特征分类

按照发光管出光面的不同，可以将其分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2 mm、φ4.4 mm、φ5 mm、φ8 mm、φ10 mm及φ20 mm等。

从封装技术分有陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

4 LED光源的特点

LED光源具有耗电量少、亮度高、功耗小、寿命长等优点，并且易与集成电路匹配。

4.1 高节能

直流驱动，超低功耗（单管0.03～0.06 W）电光功率转换接近100%，在相同的照明效果下，它可以比传统的照明工具节约80%以上的耗能。

4.2 响应速度快

由于是半导体器件，响应时间一般是毫秒级的，可以说是瞬间。

4.3 工作电压低

传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，而LED灯具在一定范围（电压可调80～245 V）的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。

4.4 寿命长

LED与传统灯管相比不存在发光丝容易烧坏、光衰等缺点，其寿命可以达到6～10万 h，比传统照明工具的寿命要高10倍左右。

4.5 亮度高

二极管的亮度极高，它可以适用于交通灯及防雾灯等。而且它可以根据天气及人们对亮度的不同需求进行灵活调节。

4.6 多变幻

LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16 777 216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

4.7 利环保

从环保的角度来说，二极管比传统灯管要环保，它发光没有紫外线和红外线，因此既不产生热量也不会产生辐射。而且它不含汞，对环境不造成污染，废弃物可以回收，并且它属于冷光源，可安全触摸，是典型的绿色照明光源。

4.8 坚固牢靠

LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠。

5 LED的应用

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，它不仅节能、环保，而且寿命长、体积小，因此广泛适用于装饰、照明、显示以及城市夜景等多个领域。最开始，LED只是用作各种仪表的指示光源，但是随着LED的不断发展普及，它逐渐被应用到交通信号灯、显示屏等各个领域，也由此产生了很好的经济效益和社会效益。高亮度的LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后最伟大的发明之一，LED很可能成为取代白炽灯、卤钨灯和节能荧光灯最具潜力的第四代新光源。LED户外照明不仅广泛应用于城市景观，还用于隧道等。以12"的红色交通信号灯为例，低光效的140 W白炽灯作为光源，产生2 000流明的白光，经红色滤光片后光损失90%，只剩下200流明的光。而在新设计的LED灯采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内共耗电14 W，即可产生同样的光效。

由于LED响应速度快（纳秒级），LED光源的重要应用之一是在汽车信号灯中的应用。从1987年开始，我国在汽车上安装高位刹车灯，这样可以让后面车辆的司机提早知道前方的行驶情况，也可以降低追尾事故的发生率。

另外，LED灯在很多领域都可以应用到，例如，在室外显示屏及匙扣式微型电筒等，LED显示屏具有其他显示屏所无法比拟的技术优越性。LED显示屏的发光部分由LED拼装组成的，显示屏的大小可以根据实际需要进行随意拼装，它以其丰富的色彩、清晰的图像、完美的多媒体效果，强大的视觉冲击力将信息、文字、图片、动画、视频等多种方式显示出来，成为信息传播的划时代产品，使用计算机进行控制，可由用户任意编排显示模式，操作方便灵活，在铁路民航、广场上、商场以及多种监控调度中心都有广泛应用。

参考文献：

[1] 王悦，李泽深，刘维.LED发光二极管特性测试[J].物理实验，2013，（2）.