在1962年誕生的初始，LED只是激光技術(shù)的副產(chǎn)品，但是經(jīng)過歲月的打磨，它已經(jīng)成為了照明業(yè)的王者。

　　回顧歷史

　　1907年，英國馬可尼（Marconi）實驗室的科學(xué)家Henry Round第一次推論半導(dǎo)體PN結(jié)在一定的條件下可以發(fā)出光。這個發(fā)現(xiàn)奠定了LED被發(fā)明的物理基礎(chǔ)。

　　1927年，俄羅斯科學(xué)家奧列弗拉基洛謝夫（Oleg Vladimirovich Losev）獨立制作了世界上第一顆LED，其研究成果曾先后在俄國、德國和英國的科學(xué)雜志上發(fā)表，可惜當時并沒有人理睬他。

　　1955年，美國無線電公司（RadioCorporation of America）33歲的物理學(xué)家魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵（GaAs）及其他半導(dǎo)體合金的紅外放射作用并在物理上實現(xiàn)了二極管的發(fā)光，可惜發(fā)出的光不是可見光而是紅外線，但這個貢獻也很大了。

　　1961年，德州儀器公司（TI）的科學(xué)家鮑勃·布萊德（Bob Biard）和加里·皮特曼（Gary Pittman）發(fā)現(xiàn)砷化鎵在施加電子流時會釋放紅外光輻射。他們率先生產(chǎn)出了用于商業(yè)用途的紅外LED并獲得了砷化鎵紅外二極管的發(fā)明專利。不久，紅外LED就被廣泛應(yīng)用于傳感及光電設(shè)備當中。

　　1962年，美國通用電氣公司（GE）一名34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）發(fā)明了可以發(fā)出紅色可見光的LED，被稱為“發(fā)光二極管之父”，后來也獲得了N多獎項。當時的LED還只能手工制造，而且每只的售價需要10美元。1963年，他離開通用電氣公司，出任其母校美國伊利諾大學(xué)電機工程系教授，培養(yǎng)自己的接班人。

　　1972年，何倫亞克的學(xué)生喬治·克勞福德（M. George Craford）踏著前輩們的腳步發(fā)明了第一顆橙黃光LED，其亮度是先前紅光LED的10倍，這標志著LED向著提高發(fā)光效率方向邁出的第一步。

　　20世紀70年代末期，LED已經(jīng)出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色，但依然沒有藍色和白色光的LED。因為只有發(fā)明出藍光LED才可能實現(xiàn)全彩色LED顯示，市場價值巨大，也是當時世界性的攻關(guān)難題?？茖W(xué)家們轉(zhuǎn)而將重點放在了提高LED的發(fā)光效率上面。

　　20世紀70年代中期，LED可產(chǎn)生綠、黃、橙色光時，發(fā)光效為1流明/瓦，到了20世紀80年代中期對砷化鎵和磷化鋁的使用使得第一代高亮度紅、黃、綠色光LED誕生，發(fā)光效率已達到10流明/瓦。

　　1993年，中村修二在日本日亞化學(xué)工業(yè)株式 會社（Nichia Corporation）就職期間，利用半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）發(fā)明了藍光LED，在藍光LED出現(xiàn)之前，由于無法通過RGB系統(tǒng)合成白光，LED的光效、亮度也不高，LED無法應(yīng)用于照明領(lǐng)域。因此在1995年中村修二采用銦氮化稼又發(fā)明了綠光LED，在1998年利用紅、綠、藍三種LED制成白光LED，從此綠光與白光LED研制成功，標志著LED正式進入照明領(lǐng)域，是LED照明發(fā)展最關(guān)鍵的里程碑。中村修二被稱為“藍光、綠光、白光LED之父”

　　1996年，日亞化學(xué)公司在日本最早申報的白光LED的發(fā)明專利就是在藍光LED芯片上涂覆YAG黃色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍光與熒光粉被激活后發(fā)出的黃光互補而形成白光。藍色和白色光LED的出現(xiàn)拓寬了LED的應(yīng)用領(lǐng)域，使全彩色LED顯示、LED照明等應(yīng)用成為可能。

　　21世紀初，LED已經(jīng)可以發(fā)出任何可見光譜顏色的光（還包括有紅外線和紫外線）。其發(fā)光效率已經(jīng)達到100流明/瓦以上。

　　發(fā)光機理

　　LED取自Light Emitting Diode三個字的縮寫，中文譯為“發(fā)光二極管”，具有二極管的特性。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片。晶片主要由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成，不同材料的P型和N形半導(dǎo)體經(jīng)正向電流作用下會發(fā)出不同色彩的光。

　　優(yōu)點和缺點

　　先說優(yōu)點

　　1.節(jié)能，比白熾燈節(jié)能80%以上，比節(jié)能燈節(jié)能50%以上

　　2.體積小，重量輕，不怕震動

　　3.光效高，是白熾燈15m/w的8倍，是熒光燈50 Lm/w的2倍多

　　4.光色可選擇，LED光源的發(fā)光顏色和色溫都可以靈活應(yīng)用

　　5.方向性好，LED發(fā)光角度可以靈活調(diào)整

　　6.環(huán)保：沒有節(jié)能燈所含的汞等有害物質(zhì)

　　7.冷光源無紫外線和紅外線，故沒有熱量，沒有輻射。

　　8.壽命長，壽命可達5萬-10萬小時比傳統(tǒng)光源壽命長10-50倍以上。

　　9.響應(yīng)速度快，納秒級。

　　1.散熱問題，LED在電致光的過程中另外一部分能量轉(zhuǎn)化成熱量，如無法及時散發(fā)出去，PN結(jié)的結(jié)溫將會升高，加速芯片和封裝樹脂的老化，使芯片失效，影響LED的使用壽命與發(fā)光表現(xiàn)

　　2.防水性能差，是戶外使用的一個致命弱點光源內(nèi)部吸水后內(nèi)部金屬氧化影響輸出或產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、熒光粉吸潮變色，光色漂移

　　3.成本較高。光源。散熱器。電源。高透燈罩/透鏡/反射罩。四者成本集體推高LED成本

　　4.需要驅(qū)動器提供恒流電源，驅(qū)動器壽命是影響燈具壽命的重要因素

　　5.半導(dǎo)體器件，對靜電影響比較敏感，易被靜電擊穿PN結(jié)導(dǎo)致漏電流或死燈

　　與傳統(tǒng)光源相比

　　LED的特性

　　LED工作電壓一般在2-3.9V之間。（不同光色的LED壓降不一樣）：綠色-3.3-3.9V;藍色、寶藍色-3.1-3.9V;紅色、琥珀色、橘紅色、-2.1-2.5V。LED的工作電流會隨著供應(yīng)電壓的變化而產(chǎn)生較大的波動，所以LED一般要求工作在恒流驅(qū)動狀態(tài)。LED具有單向?qū)ǖ奶匦裕娏髦荒軓亩O管的正極流入，負極流出）。LED的光輸出會因應(yīng)其輸入的電流而產(chǎn)生變化。LED的光輸出深受其工作溫度的影響。

　　LED芯片

　　LED芯片是半導(dǎo)體發(fā)光器件LED的核心部件，它主要由砷（AS）。鋁（AL）。鎵（Ga）。銦（IN）。磷（P）。氮（N）。鍶（Si）這幾種元素中的若干種組成。

　　生產(chǎn)過程

　　一般將LED的生產(chǎn)分為上、中、下游三部分。

　　1.制造成單晶棒，再將單晶棒用鉆石刀切成薄片（主要有藍寶石和、SiC、Si）長晶爐生長-掏取晶棒-滾磨-品檢-切片-研磨- 倒角-拋光-清洗-品檢-OK。

　　2.外延片生產(chǎn)-利用MOCVD金屬有機化學(xué)氣相淀積等方法在單晶襯底在上面磊晶襯底 - 結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 緩沖層生長- N型GaN層生長-多量子阱發(fā)光層生- P型GaN層生長–退火-檢測（熒光、X射線）-外延片。

　　3.芯片生產(chǎn)-在外延片上制作電極（PN電極）并對成品進行切割分選等外延片活化-蝕刻-蒸鍍-PN電極制作-保護層-上焊盤-研磨拋光-點測-切割-擴張-目檢-包裝。

　　1.上支架-點底膠-放芯片-烘烤固晶-金絲鍵合-模具灌膠-插支架-離模-后固化-切腳 -測試-光色分選-包裝（草帽管、食人魚等）。

　　2.上支架-點底膠-放芯片-烘烤固晶-金絲鍵合-點熒光膠-外殼灌封-測試-光色分選-包裝（大功率LED）。

　　下游：LED光源的應(yīng)用

　　光源模組、替代光源、燈具、燈條燈帶、廣告燈箱、燈光工程、家居裝飾、顯示屏、汽車尾燈植物生長、醫(yī)療、手機筆記本電視的背光源等等。

　　LED芯片種類

　　LED的封裝

　　主要有三種封裝方式

　　1. 環(huán)氧樹脂封裝工藝：

　　優(yōu)點：密封性好、 抗震性強、 防護能力好、成本低。

　　缺點：散熱效果不佳、耐黃變能力弱、應(yīng)力大、抗紫外能力弱，焊接溫度過高易開裂。故主要作為普光LED外封膠。

　　2. 硅樹脂封裝工藝：

　　優(yōu)點：高折射率，高透光率，密封性能優(yōu)于硅膠，散熱能力介于環(huán)氧樹脂和硅膠之間，具有樹脂和硅膠的部分特性。

　　缺點：應(yīng)力較硅膠大，防潮或焊接不當易出現(xiàn)膠裂/分層硅樹脂由于價格昂貴，主要作為高亮度級白光LED外封膠。

　　3. 硅膠封裝工藝：

　　優(yōu)點：熱膨脹系數(shù)小，散熱性能好、應(yīng)力較小、紫光能力強、回流焊時不容易膠裂、耐黃變能力強。

　　缺點：密封性不佳、防護能力弱、抗震性差，具有透氧透濕特性，用于戶外時需對燈體結(jié)構(gòu)進行二次防護處理硅脂相對價格較貴，主要作為對光衰有要求的白光LED封膠。

　　頭疼的散熱問題

　　LED在工作過程中會放出大量的熱，使結(jié)溫迅速上升，熱阻變大。輸入功率越高，發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能變化與衰減，非輻射復(fù)合增加，器件的漏電流增加，半導(dǎo)體材料缺陷增長，金屬電極電遷移，封裝用環(huán)氧樹脂黃化等等，嚴重影響LED的光電參數(shù)。甚至使功率LED失效。因此，對于LED器件，降低熱阻與結(jié)溫、對發(fā)光二極管的熱特性進行研究顯得日趨重要。

　　配光可以控制LED燈具的照射范圍，照射方向，估計有效安裝高度、射程（當然跟光源有關(guān)系），照射范圍里的大概照度如何、照明環(huán)境的布光效果等。