led(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是led發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

　　led的分類

　　1. 按發(fā)光管發(fā)光顏色分

　　按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色(又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠)、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。

　　根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。

　　2. 按發(fā)光管出光面特征分

　　按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國(guó)外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1;把φ5mm的記作T-1(3/4);把φ4.4mm的記作T-1(1/4)。

　　由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：

　　(1)高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5～20或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

　　(2)標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20～45。

　　(3)散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45～90或更大，散射劑的量較大。

　　3. 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分

　　按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。

　　4. 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分

　　按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的led(發(fā)光強(qiáng)度100mcd);把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般led的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流led的工作電流在2mA以下(亮度與普通發(fā)光管相同)。

　　除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。

　　led的色彩與工藝：

　　制造led的材料不同，可以產(chǎn)生具有不同能量的光子，借此可以控制led所發(fā)出光的波長(zhǎng)，也就是光譜或顏色。歷史上第一個(gè)led所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga) ,其正向PN結(jié)壓降(VF，可以理解為點(diǎn)亮或工作電壓)為1.424V，發(fā)出的光線為紅外光譜。另一種常用的led材料為磷(P)化鎵(Ga)，其正向PN結(jié)壓降為2.261V，發(fā)出的光線為綠光。

　　基于這兩種材料，早期led工業(yè)運(yùn)用GaAs1-xPx材枓結(jié)構(gòu)，理論上可以生產(chǎn)從紅外光一直到綠光范圍內(nèi)任何波長(zhǎng)的led，下標(biāo)X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過PN結(jié)壓降可以確定led的波長(zhǎng)顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光led，GaAs0.35P0.65 的橙光led，GaAs0.14P0.86 的黃光 led等。由于制造采用了鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱這些led為三元素發(fā)光管。而GaN(氮化鎵)的藍(lán)光 led 、GaP 的綠光 led和GaAs紅外光led，被稱為二元素發(fā)光管。而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素led，可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜范圍。

　　發(fā)光強(qiáng)度：

　　發(fā)光強(qiáng)度的衡量單位有照度單位(勒克司Lux)、光通量單位(流明Lumen)、發(fā)光強(qiáng)度單位(燭光Candle power)

　　1CD(燭光)指完全輻射的物體，在白金凝固點(diǎn)溫度下，每六十分之一平方厘米面積的發(fā)光強(qiáng)度。(以前指直徑為2.2厘米，質(zhì)量為75.5克的鯨油燭，每小時(shí)燃燒7.78克，火焰高度為4.5厘米，沿水平方向的發(fā)光強(qiáng)度)

　　1L(流明)指1 CD燭光照射在距離為1厘米，面積為1平方厘米的平面上的光通量。

　　1Lux(勒克司)指1L的光通量均勻地分布在1平方米面積上的照度。

　　一般主動(dòng)發(fā)光體采用發(fā)光強(qiáng)度單位燭光CD，如白熾燈、led等;反射或穿透型的物體采用光通量單位流明L，如LCD投影機(jī)等;而照度單位勒克司Lux，一般用于攝影等領(lǐng)域。三種衡量單位在數(shù)值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如：如果說一部LCD投影機(jī)的亮度(光通量)為1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸為60英寸(1平方米)，則其照度為1600勒克司，假設(shè)其出光口距光源1厘米，出光口面積為1平方厘米，則出光口的發(fā)光強(qiáng)度為1600CD。而真正的LCD投影機(jī)由于光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分布不均勻，亮度將大打折扣，一般有50%的效率就很好了。

　　實(shí)際使用中，光強(qiáng)計(jì)算常常采用比較容易測(cè)繪的數(shù)據(jù)單位或變向使用。對(duì)于led顯示屏這種主動(dòng)發(fā)光體一般采用CD/平方米作為發(fā)光強(qiáng)度單位，并配合觀察角度為輔助參數(shù)，其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數(shù)值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個(gè)屏體的在最佳視角上的發(fā)光強(qiáng)度，假設(shè)屏體中每個(gè)像素的發(fā)光強(qiáng)度在相應(yīng)空間內(nèi)恒定，則此數(shù)值可被認(rèn)為也是整個(gè)屏體的光通量。一般室外led顯示屏須達(dá)到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內(nèi)led，最大亮度在700～2000 CD/平方米左右。

　　單個(gè)led的發(fā)光強(qiáng)度以CD為單位，同時(shí)配有視角參數(shù)，發(fā)光強(qiáng)度與led的色彩沒有關(guān)系。單管的發(fā)光強(qiáng)度從幾個(gè)mCD到五千mCD不等。led生產(chǎn)廠商所給出的發(fā)光強(qiáng)度指led在20mA電流下點(diǎn)亮，最佳視角上及中心位置上發(fā)光強(qiáng)度最大的點(diǎn)。封裝led時(shí)頂部透鏡的形狀和led芯片距頂部透鏡的位置決定了led視角和光強(qiáng)分布。一般來說相同的led視角越大，最大發(fā)光強(qiáng)度越小，但在整個(gè)立體半球面上累計(jì)的光通量不變。

　　當(dāng)多個(gè)led較緊密規(guī)則排放，其發(fā)光球面相互疊加，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)光平面發(fā)光強(qiáng)度分布比較均勻。在計(jì)算顯示屏發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，需根據(jù)led視角和led的排放密度，將廠商提供的最大點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度值乘以30%～90%不等，作為單管平均發(fā)光強(qiáng)度。

　　一般led的發(fā)光壽命很長(zhǎng)，生產(chǎn)廠家一般都標(biāo)明為100,000小時(shí)以上，實(shí)際還應(yīng)注意led的亮度衰減周期，如大部分用于汽車尾燈的UR紅管點(diǎn)亮十幾至幾十小時(shí)后，亮度就只有原來的一半了。亮度衰減周期與led生產(chǎn)的材料工藝有很大關(guān)系，一般在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下應(yīng)選用亮度衰減較緩慢的四元素led。

　　配色、白平衡：

　　白色是紅綠藍(lán)三色按亮度比例混合而成，當(dāng)光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21%，藍(lán)色的亮度為10%時(shí)，混色后人眼感覺到的是純白色。但led紅綠藍(lán)三色的色品坐標(biāo)因工藝過程等原因無(wú)法達(dá)到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。

　　當(dāng)為全彩色led顯示屏進(jìn)行配色前，為了達(dá)到最佳亮度和最低的成本，應(yīng)盡量選擇三原色發(fā)光強(qiáng)度成大致為3:6:1比例的led器件組成像素。

　　白平衡要求三種原色在相同的調(diào)灰值下合成的仍舊為純正的白色。