关于LED的小事

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基础知识

LED（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转换为光能的发光二极管。LED的发明者是美国的物理学家罗伯特·诺伊斯和化学家哈里·贾斯特。LED的原理是利用半导体材料中的电子和空穴在禁带中产生复合，从而释放出光子，达到发光的效果。LED的发光颜色由所使用的半导体材料决定，常见的有红、绿、蓝三种颜色。

LED的优点：

  1. 高效节能：LED的发光效率高，能耗低，相同亮度下，LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。
  2. 环保：LED光源不含汞等有害物质，不会对环境造成污染。
  3. 寿命长：LED的寿命长，通常情况下，LED的寿命可达10万小时以上，是白炽灯的10倍，节能灯的5倍。
  4. 响应速度快：LED的响应速度快，可以实现瞬间开启和关闭，而白炽灯和节能灯需要一段时间才能达到全亮度。
  5. 耐用性好：LED的抗震动性好，抗冲击性强，不会因为外力作用而损坏。

分类

根据发光颜色

  1. 红光LED：波长范围为620-750nm，颜色为红色。
  2. 绿光LED：波长范围为550-620nm，颜色为绿色。
  3. 蓝光LED：波长范围为450-550nm，颜色为蓝色。
  4. 黄光LED：波长范围为550-620nm，颜色为黄色。
  5. 橙光LED：波长范围为620-750nm，颜色为橙色。

白光LED通常是蓝光LED加荧光粉，此外还有红外LED和紫外LED。

颜色与波长

需要注意的是，LED的发光颜色与所使用的半导体材料有关，不同的半导体材料会产生不同的发光颜色。而颜色是由人类视觉产生的，波长是客观物理量，而颜色与波长之间的关系是人类视觉系统决定的。

LED的数据表中会给出器件的波长范围。

根据封装形式

  1. 贴片LED：通常使用封装形式为贴片封装的LED，现在用的最多。
  2. 圆柱形直插封装的LED：常用作指示灯。
  3. 扁平形直插封装的LED：常用作指示灯。

实际上LED的封装在不断发展，尤其是随着大功率LED的发展，贴片封装中有一类COB封装，直接将很多LED封装在一块高导热基板上，提高功率密度。还有一个方向就是显示器件，OLED、miniLED，是在更小的尺寸上去集成LED，实现更好的显示效果和更高的能效。

根据驱动方式

  1. 恒流驱动：LED的电流保持不变，电压可以变化。
  2. 恒压驱动：LED的电压保持不变，电流可以变化。

LED对热非常敏感，随着结温升高，相同电压下LED的电流会增大，光效会降低，所以一般要避免恒压驱动。实际应用中，对发光稳定性要求不那么高的场景，比如指示灯，通常都是给LED串联一个电阻，然后恒压驱动。串联电阻的阻值可以根据LED的电流需求来调整，以保证LED的电流稳定在一定范围内。

很多工程师会凭感觉去调整阻值，如果要精细一些，应该根据LED的数据表通过图解法来求解。

这里有一个有意思的小事，就是LED既然是电-光器件，所以它的数据表应该既包含电学特性，又包含光学特性。而电子工程师通常只会注意电学特性而忽略光学特性，比如大多数工程师是不会计算LED的发光效率的。发光效率在照明应用中是非常重要的指标。再比如发光角，即便只是作为指示灯，在没有导光柱的条件下，这个发光角就会对应用产生非常大的影响。

LED是半导体器件，这决定了它的光电特性是有一定分布特征的，LED厂商一般会根据光电特性指标进行筛选，将特性接近的器件包装在一起，有时生产采购时不注意这个分选，在大批量产品中就可能产生一些问题，最常见的就是有一批比较亮，而另一批比较暗。

分选码

应用

LED的应用非常广泛，几乎涵盖了所有的照明和显示领域。以下是一些常见的LED应用：

  1. 照明：LED灯具已经被广泛应用于各种照明场合，如家庭、办公室、工厂、道路等。与传统的白炽灯和节能灯相比，LED灯具具有更高的发光效率和更长的寿命，可以显著降低能耗。

  2. 显示：LED显示屏已经被广泛应用于各种显示场合，如广告牌、车站牌、商场等。LED显示屏可以实现高亮度、高色彩还原度，并且可以实现动态显示和交互功能。

除了照明和显示这两大主要应用，红外LED常被用作光学探测，紫外LED常被用作灭菌。随着研究的深入，LED的应用领域也在不断扩大。有时LD（激光二极管）也会被归入LED的范畴，现在的激光雷达一般使用LD作为激光源。

发展趋势

LED的发展趋势主要体现在以下几个方面：

  1. 更高发光效率：LED的发光效率正在不断刷新记录，目前普遍可以达到100lm/W。更高的发光效率可以降低LED的能耗，提高照明和显示效果。
  2. 更长的寿命：LED的寿命正在不断延长，目前可以达到10万小时以上。更长的寿命可以降低LED的维护成本，提高系统的稳定性。
  3. 更小的体积：LED的体积正在不断缩小，目前可以做到微米级别。更小的体积可以提高LED的集成度，降低成本。
  4. 工艺集成：LED制造本身是半导体工艺，但是跟硅工艺并不兼容，目前都在探索生产效率更高的工艺，或者将LED与驱动甚至其它控制芯片集成在一起，从而进一步提高集成度。