led灯的结构及发光原理
50年前人们现已了解半导体资料可发作光线的根本知识，第一个商用二极管发作于1960年。LED是英文light emitTIng diode（发光二极管）的缩写，它的根本结构是一块电致发光的半导体资料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到维护内部芯线的效果，所以LED的抗震性能好。
led灯结构图如下图所示
发光二极管的中心部分是由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。在某些半导体资料的PN 结中，注入的少量载流子与大都载流子复合时会把剩余的能量以光的方式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少量载流子难以注入，故不发光。这种运用注入式电致发光原理制造的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向作业情况时（即两头加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就宣布从紫外到红外不同色彩的光线，光的强弱与电流有关。
二、什么是led光源,led光源的特色
1. 电压：LED运用低压电源，供电电压在6-24V之间，依据产品不同而异，所以它是一个比运用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。
2. 效能：耗费能量较同光效的白炽灯削减80%
3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以能够制备成各种形状的器材，而且适合于易变的环境
4. 安稳性：10万小时，光衰为初始的50%
5. 呼应时刻：其白炽灯的呼应时刻为毫秒级，LED灯的呼应时刻为纳秒级
6. 对环境污染：无有害金属汞
7.色彩：改动电流能够变色，发光二极管方便地经过化学修饰办法，调整资料的能带结构和带隙，完成红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为赤色的LED，跟着电流的添加，能够顺次变为橙色，黄色，最后为绿色
8. 价格：LED的价格比较贵重，较之于白炽灯，几只LED的价格就能够与一只白炽灯的价格适当，而一般每组信号灯需由上300～500只二极管构成。
三、单色光led灯的品种及其开展前史
最早使用半导体P-N结发光原理制成的LED光源面世于20世纪60年代初。其时所用的资料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只要千分之几个流明，相应的发光功率约0.1流明/瓦。
70年代中期，引进元素In和N，使LED发作绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也进步到1流明/瓦。
到了80年代初，呈现了GaAlAs的LED光源，使得赤色LED的光效到达10流明/瓦。
90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新资料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的进步。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效到达100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效能够到达50流明/瓦。
四、单色光LED的使用
开端LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛使用，发作了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的赤色交通信号灯为例，在美国本来是选用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它发作2000流明的白光。经赤色滤光片后，光丢失90%，只剩下 200流明的红光。而在新规划的灯中，Lumileds公司选用了18个赤色LED光源，包含电路丢失在内，共耗电14瓦，即可发作相同的光效。
轿车信号灯也是LED光源使用的重要范畴。1987年，我国开端在轿车上装置高位刹车灯，因为LED呼应速度快（纳秒级），能够及早让跟随车辆的司机知道行进情况，削减轿车追尾事端的发作。
别的，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等范畴都得到了使用。
五、白光led灯的开发
关于一般照明而言，人们更需求白色的光源。1998年发白光的led灯开发成功。这种led灯是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激起后宣布黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片装置在碗形反射腔中，掩盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片宣布的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉宣布的黄光混合，能够得到得白光。现在，关于InGaN/YAG白色LED，经过改动YAG 荧光粉的化学组成和调理荧光粉层的厚度，能够获得色温3500-10000K的各色白光。（如下图所示）
表一列出了现在白色led灯的品种及其发光原理。现在已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光功率约为25流明/瓦， YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开宣布以ZnSe为资料的白光LED，不过发光功率较差。
从表中也能够看出某些品种的白色LED光源离不开四种荧光粉：即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加R.G.B三色彩荧光粉，用于封装LED白光，估量三波长白光LED本年有商品化的机时机。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，安稳性要求也高，详细使用方面还在探究之中。
表 一 白 色 LED 的 种 类 和 原 理
芯片数
激起源
发光资料
发光原理
[color=red
蓝色led灯
InGaN/YAG
InGaN的蓝光与YAG的黄光混组成白光
蓝色led灯
InGaN/荧光粉
InGaN的蓝光激起的红绿蓝三基色荧光粉发白光
蓝色led灯
ZnSe
由薄膜层宣布的蓝光和在基板上激宣布的黄光混色成白光
紫外led灯
InGaN/荧光粉
InGaN的紫外激起的红绿蓝三基色荧光粉发白光
2
蓝色led灯
黄绿led灯
InGaN、GaP
将具有补色联系的两种芯片封装在一起，构成白色LED
3
蓝色led灯
绿色led灯
赤色led灯
InGaN
AlInGaP
将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED
多个
多种光色的LED
InGaN、GaP
AlInGaP
将遍及可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED
选用LED光源进行照明，首要替代耗电的白炽灯，然后逐渐向整个照明商场进军，将会节省很多的电能。近期，白色LED已到达单颗用电超越1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色LED的效能开展。
表 二 单 颗 白 色L ED 的 效 能 开展
年份 发光效能（流明/瓦） 补白
1998 5
1999 15 相若白炽灯
2001 25 相若卤钨灯
2005 50 估量
表三 久远开展方针
单颗白色LED
输入功率10瓦
发光效能100流明/瓦
输出光能1000流明/瓦
六、业界概略
在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技能工艺研宣布不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学获得兰色LED出产及电极结构等很多根本专利后，坚持不对外供给授权，仅采自行出产战略，目的独占商场，使得蓝光LED价格昂扬。但其他已具有出产能力的业者适当不以为然，部分日系LED业者以为，日亚化工的战略，将使日本在蓝光及白光LED竞赛中，逐渐被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，到时将对全体日本LED工业形成严峻损伤。因而许多业者便想方设法进行蓝光LED的研制作产。现在除日亚化学和住友电工外，还有丰田组成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇特、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了该产品的研制作产，对促进白光led灯产品的工业化、商场化方面起到了活跃的促进效果。
