干货！发光二极管的全面解读

LED是Light Emitting Diode的缩写，中文含义是：发光二极管，LED也是二极管的一种，是一种能够将电能转化为光能的固态半导体器件，它可以直接把电能转化为光能下面看看它的工作原理:

在1955年时，美国无线电公司(Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein发现了砷化镓(GaAs)与及其他半导体合金的红外线放射作用，而1962年美国通用电气公司(GE)的Nick Holonyak Jr则开发出可见光的红色LED，当时只能用于收音机指示灯，亮度极低。

经过近30年的发展，到1993年日本的日亚化学研制出在氮化镓(GaN)全球首颗蓝色发光二极管，为三基色奠定了雄厚的基础，也为以后研制白光LED做出巨大贡献，大家十分熟悉的LED，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光LED仅在2000-2005年以后才发展起来。

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=波长650nm)，在驱动电流为20mA时，光通量只有千分之几个流明，相应的光视效能约0.1流明/瓦。

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

到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光视效能达到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的光视效能得到大幅度的提高。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)的光视效能可以达到50流明/瓦。

下图为LED发光二极管的电路符号，左侧为正极，右侧为负极。

一、LED分类

(1)LED按照发光颜色可以划分为: 红色、绿色、蓝色、黄色、白色。

在白色里面还可以划分为：暖白、中性白、正白、冷白。

暖白含义就是：比较温暖的感觉，有点淡黄色，但不是黄色，好像黄昏时候的天空，中性白比暖白浅一点，正白就是正午的阳光的颜色，冷白就是晴朗带着白云的颜色，有点偏蓝。

(2)LED按照电压等级划分：黄色、红色，一般为：1.8-2.2V。白、蓝、绿颜色，一般为:3.0-3.8V。

(3)按照色温等级划分：暖白为：2700-3500K。

中性白: 4000-4500K

正白为：5000-6000K

冷白为：>7000K

K为色温的单位

(4)按照封装方式划分： 直插式 LED(DIP)，如：圆头LED,草帽LED等。

贴片式 LED(SMD)如：3528、5050、5730等。

集成封装LED(COB)。

倒装封装LED(FLIP-CHIP)。

(5)按照电流等级划分： 20mA(0.06W) 30mA(0.1W) 150mA(0.5W) 350mA(1W) 700mA(3W)。

(6)按照显色指数划分： 60RA、70RA、80RA、85RA、90RA、95RA,RA为显色指数的单位，显色指数越高证明LED光的失真越小。

90-95RA的LED一般用于医疗照明和军工照明航空照明产品。

80-85RA的LED一般用于高端商业照明，如国内的常州良信电器，都采用80-90RA。

(7)按照功率划分.06W、0.1W、0.2W、0.5W、0.8W、1W、2W、3W、5W、10W、15W、20W、30W、40W、50W、100W等。

(8)按照发光角度划分：15°、25°、30°、45°、60°、120°。

(9)按照发光颜色波段划分：

620-625NM为红光RED

590-595NM为黄光YELLOW

470-475NM为蓝光BLUE

520-525NM为绿光GREEN

250-265为低紫光这些紫外光可以杀死水中的细节

杀伤力最强是285nm波长

365-370NM为中紫光有杀伤力请勿直视

405-410为高紫光用于人民币识别

345-410为植物栽培

(10)按照光强划分：100MCD、200MCD、300MCD、500MCD、800MCD、1200MCD、3000MCD-12000MCD等。

光强的单位是CD,1000mcd=1CD。

(11)按照光的亮度划分： 有1LM红光，1-2LM黄光，3-5LM绿光，6-7LM白光，10-20LM白光，50-55LM白光，100-120LM单颗白光，120-170LM单颗白光等。

光的亮度单位是：LM即为流明每瓦，白炽灯每瓦亮度一般是8-10LM,节能灯亮度一般是每瓦60-70LM，LED每瓦亮度一般是80-120LM。流明是单位面积内的最大亮度。

(12)按照使用环境等级分：民用等级、医疗与商业照明等级、汽车照明等级。

民用等级主要遍布在广东中山古镇、 商业照明与医疗等级主要遍布在华东市场。

汽车照明等级主要用户在汽车尾灯、汽车日间行车灯，汽车大灯，高位刹车灯等。

对LED要求相当高，对LED芯片温度需要承受130℃-150℃。

民用等级芯片温度高于80℃以上会出现严重的光衰减，甚至出现芯片烧坏，死灯现象。

商业照明等级：商业照明等级一般采用芯片温度>105℃-130℃以上的芯片设计封装成品LED，大都采用国际知名品牌的芯片封装成成品的LED颗粒。

(13)按照国际品牌划分：

国际LED研制企业：日本日亚化学、德国OSRAM、美国CREE,韩国首尔等。

台系LED研制企业： 亿光光电、晶元、光宝科技等。

国内LED研制企业： 鸿利光电、木林森、长方照明，德辰光电等。

(14)按照国内知名LED应用企业划分

常州良信电器、TLC照明、江苏明朗照明、三雄极光等。

笔者在展会上发现唯有良信电器是自主研发驱动电源，采用的是日本日亚的757系列LED。

二、LED制造过程

生产白光LED半导体二极管需要哪些材料：

(1) 半导体芯片

(2) 封装支架

(3) 荧光粉

(4) 封装胶水

(5) 金线

(1)半导体芯片是LED生产的主要材料，芯片通常都比较小，单位用英制mil表示，1mm=40mil，像市面上常用2835LED 22-24LM光通量尺寸一般为9×20mil，9×22mil，23-25LM 芯片一般为：9×26mil，26lm，一般为11×28mil,是利用氮化镓固定在蓝宝石沉底上用氮气喷淋生长出来的结晶芯片，国际上主要有这几家可以生产芯片：日本日亚、美国CREE、美国普瑞、德国OSRAM、韩国首尔、马来西亚统明亮DOMINANTtm，台湾主要有：晶元、奇立、光宝等。

国内主要有：清华同方、华灿光电、三安光电等，生产芯片的设备为MOCVD。

(2)封装支架就是:固定芯片的本体包含焊盘外壳在内，封装支架制造工艺简单，国内已经成熟稳定，在国际上质量比较好的如：日立化学、CERR等。

(3)荧光粉是白光LED主要材料之一，白光LED是用蓝光芯片加入荧光粉调制成不同色温的白光LED，荧光粉主要生产厂家为：日亚、丰田合成、英特美，荧光粉价格比较昂贵，好的荧光粉价格和黄金差不多价格。

(4)封装胶水：主要是混合荧光粉与固定芯片作用，好的胶水，LED光衰很低。

国际比较知名的品牌是：日本的信越胶水、道康宁胶水。

(5)金线主要作用是把芯片上面的正负极引出固定在支架的焊盘上面，金线制造工艺简单，国内已经成熟稳定。

三、单颗LED技术参数

5730(SMD),VF=3.0-3.2V,IF=150MA,RA=70,6000-6500K

5730为型号，VF=电压，IF=电流，RA=显色指数，K为色温，跟进电压电流可以算出功率=0.5W。

下面我们用一节锂电池和几个元件来做一个电源驱动一颗LED。

自备材料： 18650,3.7V,500-1000mA，内阻50毫欧，锂电池一节。

2835贴片， 3V,60mA，0.2W,6000-6500K,RA-70,参数的LED 1只。

35Ω，1/4W,色环电阻一只。

普通的波段开关一只。

导线若干。

根据下面的原理图制作一只简易的手电筒吧!