LED簡介
發光二極管 (Light-emitting diode, LED) 是一種半導體組件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨着白光發光二極管的出現，也被用作照明。它是21世紀的新型光源，具有效率高、壽命長、不易破損等傳統光源無法與之比較的優點。加正向電壓時，發光二極管能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所採用的半導體材料的化學組成成分，可使發光二極管發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。
1、發光(能量轉換)效率高 - 也即省電。遠遠高于白熾燈，也高于熒光燈，目前量產的最高效能已經達到150lumen/W。
2、反應(開關)時間快 - 可以達到很高的閃爍頻率。
3、使用壽命長 - 達35,000 ~ 100,000小時，相對熒光燈為10,000 ~ 15,000小時，白熾燈為1,000 ~ 2,000小時。
4、耐震盪等機械衝擊 - 由於是固態組件，相對熒光燈、白熾燈等能承受更大震盪。
5、體積小 - 其本身體積可以造得非常細小(小於2mm)。
6、便於聚焦 - 因發光體積細小，易於而以透鏡等方式達致所需集散程度，藉改變其封裝外形，方向性從大角度的散射以至集中于細角度都可以達到。
7、多種顏色 - 能在不加濾光器下提供多種不同顏色，而且單色性強。
8、色域豐富 - 白色LED覆蓋色域較其它白色光源廣
材料與顏色
鋁鎵砷化物（ AlGaAs） -紅色和紅外
鋁磷化鎵（ AlGaP ） -綠色
磷化銦鎵鋁（ AlGaInP ） -高亮度橙紅色，橙色，黃色和綠色
磷化銦砷化鎵（ GaAsP ） -紅，橙，紅，橙，黃
磷化鎵（Gap） -紅，黃，綠
氮化鎵（ GaN ） -綠色，純綠色（或綠色） ，藍
銦鎵氮化物（ InGaN ） -近紫外線，藍色，綠色和藍色
碳化硅（Sic）為底物-藍
硅（si）為底物-藍色（開發中）
藍寶石（Al2O3）為底物-藍
硒化鋅（ ZnSe） -藍
鑽石（ c ）-紫外線
氮化鋁（AIN） ，鋁鎵氮化物（AlGaN ） -近到遠紫外線
LED發光二極管原理
發光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發光二極管由半導體芯片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n 架構。與其它二極管一樣，發光二極管中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：電洞和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n 架構。當電洞和電子相遇而產生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。
它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成p、n 架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於硅和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與電洞的復合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以硅和鍺二極管不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯。發光二極管所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應着近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。
發展初期，採用砷化鎵(GaAs)的發光二極管只能發出紅外線或紅光。隨着材料科學的進步，各種顏色的發光二極管，現今皆可製造。
藍光LED
1993年，當時在日本日亞化工（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發明瞭基於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業應用價值的藍光LED，這類LED在1990年代後期得到廣氾應用。
白光LED
紅綠藍系統(RGB system)
有了藍光LED之後，結合原有的紅光LED和綠光LED便可產生白光，這樣產生的白光LED有很廣的色域，但由於成本相當高，大部份白光LED很少採用這方法，現在只有只有在高檔次、有高要求的產品中使用。
磷光劑白光LED
現在大部份的白光LED都採用單一發光單元發出較短波長的光，再用磷光劑把部份或全部光轉化成一或多種其它顏色的光(波長較長的光)，當所有光混合起來后，看起來便像白光。 這種光波波長轉化作用稱為熒光，原理是短波長的光子（如藍光或紫外光）被熒光物質（如磷光劑）中的電子吸收后，電子被激發（跳）至較高能量、不穩定的激發狀態，之後電子在返回原位時，一部份能量散失成熱能，一部份以光子形式放出，由於放出的光子能量比之前的小，所以波長較長。由於轉化過程中有部份能量化成熱能，造成能量損耗，因此這類白光LED的效率型都較低。
發光單元有採用藍光LED的，也有採用紫外光LED的。日亞化工開發並從1996年開始生產的白光LED採用藍光LED作發光單元，波長 450 nm 至 470 nm，磷光劑通常是摻雜了鈰的釔-鋁-鎵(Ce3+:YAG)(實際上單晶的摻鈰(Ce)的YAG被視為閃爍器多於磷光體。)。LED發出的部份藍光由熒光劑轉換成黃光為主的較寬光譜（光譜中心約為580nm），由於黃光能刺激人眼中的紅光和綠光受體，加上原有餘下的藍光刺激人眼中的藍光受體，看起看起來就像白色光，而其所呈現的色澤常被稱作「月光的白色」。
若要調校淡黃色光的顏色，可以把摻雜在Ce3+:YAG 中的鈰(Ce)換作其它稀釋金屬，例如鋱或釓，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的模式做到。而基於其光譜的特性，紅色和綠色的對象在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那麼鮮明。另外由於生產工藝的波動，這種LED的成品的色溫並不統一，從暖黃色的到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。
而這種LED的結構是把藍光LED封進混入了磷光劑的環氧樹脂中而造成，但也有較複雜的方法，由Philips Lumileds取得專利的方法便是把磷光劑塗在LED上，值由控制磷光劑的厚度增加效率。
另一種白光LED的發光原理跟熒光燈是一樣的。發光單元是紫外光LED，外麵包着兩種磷光劑混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種磷光劑是發綠光的銅和鋁摻雜了硫化鋅(ZnS)。
內里的紫外光LED發出的紫外光被外層的磷光劑轉換成紅、藍、綠三色光，混合后就成了白光。
但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂裂化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，因為Stokes Shift前者較大，光波在轉化過程中有較多被化成熱能，因此效率較低，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，但出來的亮度卻相若。
最新一種製造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白色光。
工作參數和效率
一般最常見的LED工作功率都是設定于30至60毫瓦電能以下。在1999年開始引入了可以在1瓦電力輸入下連續使用的商業品級LED。這些LED都以特大的半導體芯片來處理高電能輸入的問題，而那半導體芯片都是固定在金屬鐵片上，以助散熱。在2002年，在市場上開始有5瓦的LED的出現 ，而其效率大約是每瓦18至22流明。
2003年九月，Cree, Inc.公司展示了其新款的藍光LED，在20毫安下達到35%的照明效率。他們亦製造了一款達65流明每瓦的白光LED商品，這是當時市場上最亮的白光LED。在2005年他們展示了一款白光LED原型，在350毫安工作環境下，創下了每瓦70流明的記錄性效率。
2009年2月， 日本LED廠商日亞化工 (Nichia)發表了高達每瓦249流明發光效率的LED，不過雖然是實驗室數據，但也已經是目前最高發光效率的LED了。
發光二極管的極性
在穿孔式封裝LED，一般長腳是正極，短腳是負極，但由於一些製造商沒有遵守關於極性的規範，不論是看內部架構還是看外觀，都不能百分之百準確確定發光二極管的極性。確定LED的極性的方法有：
·查找生產商資料，
·用模擬式萬用表的電阻檔測試，
·或者先用一個低壓電源串連一個電阻。
LED驅動
一般生產商數據都有在不同電流下光度變化的相關資料，全因LED的光度與電流有較值接關係；同時，因為電壓與電流成對數相關，所以在發光二極管的整個工作區電壓基本不變，功率大致與電流成正比。因此，在推動LED時有下列事項要注意：
·為了穩定地控制光度及功耗，應該以電流源推動LED，使流經LED的電流保持穩定不變。為了簡化，在不需要高效率的場合，可以用一個電壓源串連一個限流電阻，來作為電流源為發光二極管供電。多個LED可以與單個限流電阻串連起來。
·若以電壓源為發光二極管供電，LED的電壓-電流特性成對數的關係將使得很小的電壓變化會造成巨大的電流變化，加上發光二極管生產工藝的離散性，用電壓源推動的話不但很難控制光度，而且很容易因為電流超過最大定額定值而使器件燒燬。
· 並聯的應用一般會有問題，由於並聯時所有的LED都受同一電壓，同一電壓下各LED的電流卻因生產製程的離散性並不一樣，導致各LED光度不一。若LED是同一型號會擁有較相近的光度，即便如此，生產工藝的波動也會讓這種並聯應用無法令人滿意。相反，串聯下所有的LED都有相同電流，光度會非常相近。
為提升效率(或者允許無須數模轉換的集成控制)，可以使用脈衝寬度調製(Pulse width modulation - PWM)推動LED，控制導通時段的長度，也就是占空比，可以改變流經LED的平均電流，從而控制LED的光度，由於控組件沒有半導通的狀態，電壓降較少，因而效率較高，只要閃爍頻率高于人眼的視覺暫留，LED看起來就象連續發光一樣。
脈衝寬度調製控制LED光度的方法在白色LED有另一好處，因為白色LED的色溫隨電流強弱而轉變，在脈衝寬度調製控制下，導通電流在不同光度下都不變，因此可以在不同光度保持色溫不變，這在視頻播放設備中，應用LED作背光的情況特別重要。
許多LED額定的反向擊穿電壓值一般比較低，因此加上几伏特的反向電壓就可能損坏。如果需要用超過反向擊穿電壓的交流電供電的話，可以用反並聯一個二極管(或另一個LED)的方法進行保護。
有的LED在出廠時內部就已經集成了串連電阻。這樣可以節省印刷線路板的空間，這在搭建樣機或擴展印刷線路板時特別有用。然而由於串連電阻值在出廠時就已經確定，使得LED的一種主要的集成設置方法無法應用。
雙色LED單元包含兩個二極管，極性相反(即兩個二極管是反並聯的)，顏色不同(典型是紅色和綠色)，可以顯示兩種顏色，或者透過調整兩個二極管導通時間的比例來實現各種混合顏色。另一些LED單元里的兩個或多個不同顏色的二極管是共陽極或共陰極架構，這樣無須改變極性就可以產生多種顏色的光。
