LED类型

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引言

LED是一种半导体光源，与普通的荧光灯和白炽灯不同，它只在一个方向上发光。这是发光二极管，效率更高，具有功耗低、照明效果好、寿命长的优点。在遥控器、空调、手机和相机等电子设备中都使用LED。LED照明比普通的CFL灯泡高效近90%，并且与CFL灯不同的是，LED的寿命在输出30%的光时会减少。在这个现代化的世界里，LED为照明创新提供了绝佳的机会。

什么是LED？

LED是由半导体材料制成的普通的p-n结二极管，具有各种发光特性。例如，砷化镓(GaAs)这种具有直接带隙的材料，就是LED中使用的半导体化合物(Xu *et al.* 2017)。在砷化镓中，添加掺杂原子可以产生各种颜色。

图1：LED p-n结结构

LED灯泡中使用的材料包括砷化镓磷、铝镓磷、硒化锌、铝镓砷和氮化铟镓。最常用的是发白光的LED。LED产生白光主要有两种方法，如下所述。

• 三种主要颜色，即红、绿、蓝[RGB]，可以组合产生白光。这种方法具有高量子效率(Microchip，2022)。

• 另一种方法是用一种颜色的LED涂覆不同颜色的荧光粉来产生白光。这是LED灯泡制造中常用的方法。

LED结构

LED灯的结构使其发出的光只在一个方向上发射。而对于其他传统的灯泡，如CFL（紧凑型荧光灯）和白炽灯，产生的热量和光线会向各个方向散射。LED的设计使其比普通灯更耐用、更高效、用途更广。

图2：LED照明技术

LED能够在多种应用中更高效地利用能量和光线。为了生产能够像CFL和白炽灯一样向各个方向发光的LED照明，需要复杂的工程技术(Microchip，2022)。由陶瓷或铝制成的LED灯体可以提供良好的散热，是LED照明的主要类别之一。爱迪生灯泡就是采用陶瓷和铝制灯体设计的。

LED：分类

LED可以根据其尺寸、应用和供电能力进行分类。根据尺寸，LED可以分为低电流微型LED、超高输出微型LED和标准微型LED。根据供电能力，LED可以分为高功率LED，它可以向各个方向发光。根据应用，LED可以分为双色和三色LED、RGB LED、LED照明、闪光LED和字母数字LED。常用的LED是微型LED，广泛应用于遥控器、手机、汽车前灯、计算器等各种电子设备中。

LED：特性

LED被认为是半导体光源，当电流流过二极管时就会发光。与传统的CFL和白炽灯不同，LED中的电流是单向的。LED中的二极管由于其效率高，寿命长，照明效果好，功耗低而被广泛使用(Hui *et al.* 2017)。根据电流输出，LED可分为低电流LED、超高输出LED和标准LED。对于双色LED，在一个封装内有两个发光二极管。它们的接线方式是反向并联的，电流在两个二极管之间交替流动，从而改变颜色。

LED：工作原理

LED在正向偏置状态下工作，就像普通的二极管一样。n型半导体的掺杂浓度高于p型半导体，形成p-n结(Xu *et al.* 2017)。在正向偏置状态下，势垒降低，空穴和电子结合形成有源层或耗尽层。

图3：LED的工作原理

在这种状态下，光子会向各个方向辐射或发射。上图显示了由于正向偏置时电子-空穴对的复合而发射光线。光子的发射表明LED二极管的原理在于固体能带理论。该理论指出，电子-空穴对的复合是否会发出光子取决于材料是直接带隙还是间接带隙。

结论

LED是一种单向光源，与CFL和白炽灯不同，后者向各个方向发出热量和光线。闪光LED集成了一个以特定频率闪烁光的电路。它们通过串联电阻连接到电源，并用于车辆、标牌等。LED照明和LED灯泡被集成到各种设备中，如光电隔离器、遥控器、汽车前灯和计算器。它们也用作LED指示灯，并常用在电子显示器中，如micro-LED、量子点、相机和OLED。

常见问题

Q1. 微型LED有什么用途？

A1. 微型LED主要用于手机、遥控器和计算器等小型电子设备。SunLED的NanoPoint-0201系列LED被认为是世界上最小尺寸的LED。

Q2. 二极管是什么意思？

A2. 二极管是一种只允许电流单向流动的电子元件。在电路图中，二极管用一个三角形和一条穿过一个顶点的直线表示。

Q3. LED如何在照明中使用？

A3. 各种尺寸的LED被集成到灯具和灯泡中，用于一般的照明应用。LED照明不同于荧光灯和白炽灯。LED比传统灯泡更通用、更耐用、更高效。

Q4. 什么是热管理？

A4. 热管理是LED在其整个生命周期中性能的最关键因素。LED通常在高温下工作，在这种温度下，光传播速度更快，能量消耗更少。