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成为LED专家
《成为LED专家基础篇》
第一章：
为什么要从事LED行业？
能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，地球已经疲惫不
堪，改变人们的能源获取方式以及提高能源利用率已经成为当前世人的共识。
由于在世界电力的使用结构中，照明用电约占总用电量的１９％；英国布赖恩·爱
德华兹在其编写的《可持续性建筑》中指出，在英国消耗的全部能源当中，大约
有一半与建筑有关，而建筑的人工照明耗能则占其建筑耗能总量的１５％～５０
％；在我国照明用电约占全国总用电量的１２％，而且我国每年的照明用电增速
（保守估计）大约为５％。
从上面的数据我们可以看出，虽然因各国经济发展的
水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国能源消
费的重要组成部分。
照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手
问题。
调查显示，2007年，我国全社会用电约24210亿度,按照明用电占全社会用电的
12%计算，2007年我国照明用电约2905亿度，如我国照明装置有50%采用LED灯
具（按使用节电50%的低端产品计算），每年至少可节电726亿度，相当于
建2个三峡电站或8至9台百万千瓦超临界燃煤发电机组，可节约电厂建设经费
近千亿元，每年节约原电煤近1252万吨，若以燃煤发电每瓦时排放0.638公斤
二氧化碳计算，每年还可减少4632万吨二氧化碳排放。
目前，国际上LED的研制和生产主要集中在美、欧、日等国家和地区。
澳大
利亚决定将于2010年，停止使用普通白炽灯，取而代之的就是LED照明用品，成
为世界上第一个计划禁止使用传统白炽灯的国家。
然而，在国内LED照明产品的
应用却起步比较艰难。
统计显示，在我国LED等节能灯具普及率仍然很低，目
前每年白炽灯销量仍为20亿只左右，中小城市居民白炽灯的使用比例一般在50
%以上。
新型高效光源，特别是白色光源（适用于一般照明）的发展对于大幅度降低照明
用电量具有很重要的作用，因为它可以降低电能消耗增长速度，进而减少新增电
网容量的费用，降低能源消耗以及减少向大气中排放的温室气体及其他污染物。
ＬＥＤ，特别是白色光ＬＥＤ，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优
越性，受到广大专业人士的青睐。
它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术
领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。
综合上述数据，你感觉有没有学习LED的必要性呢，我想你的答案是肯定的。
同
时我也祝贺你进入LED行业，因为你进入一个新能源的行业，一个绿色行业，一
个环保的行业和一个为我们的子孙作功劳的一个行业。
第二章：
LED的发展史。
先让我们从光源的发展开始吧。
在古希腊神话故事中，创造了人类之神普罗米修斯为了使人们能够获得永恒的光
明，不惜触怒最高之神宙斯，把能驱走黑暗，带来温暖和光明的火种偷偷带给人
类，自己却受到了残酷的惩罚。
这个故事不仅说明了光明对人类的重要，也反映
了人类在追逐光明的道路上所付出的种种苦难。
在19世纪爱迪生发明电灯之前，人类实现照明的方式非常简单，那就是直接借
助各种火源的直射光，例如蜡烛、油灯等等。
这些发光设备虽然在人类的历史长
河中点燃了漫漫岁月，却因为极低的发光效率和发光质量，只能尘封在历史的博
物馆中，进入20世纪后，随着人类新工业革命的爆发，以爱迪生发明的新式白
炽灯为代表的照明设备，正式成为人类生产生活中的主流发光设备。
在白炽灯出现之后，人类社会的电力照明设备大致经过了三个重要的发展阶段，
这三个阶段中的代表性光源分别为荧光灯、高强度气体放电灯和LED光源。
其
中高强度气体放电灯由于对使用环境要求严格，成本较高，目前还不是民用领域
的主流照明设备，所以，和我们日常生活息息相关的光源设备，也就只有白炽灯、
荧光灯和LED光源这三大类。
在这三大类光源中，LED照明技术是出现时间最晚，优点最多的一种照明技术，
因此，自从20世纪60年代出现以来，伴随着近代半导体技术的发展，得到了大
量的普及应用，特别是进入21世纪之后，由LED照明技术衍生而出的LED显
示技术和LED辅助显示技术，已经显露越来越强烈的发展势头。
除了在日常电力照明领域正在普及的LED光源，目前在显示领域和LED有关的
设备主要有两种：
一是直接使用LED成像的LED显示屏，另一种就是利用LED
的优良发光特性，把LED作为电视背光源使用的新型液晶电视。
另一种曝光率
较高的OLED显示技术，虽然只比LED多了一个字母，但是由于技术层面较大
的差距，可以看成一类全新的显示技术，因此并不在本文的探讨范围之内。
以下就是LED的发展史：
1907年HenryJosephRound第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。
由于
其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的
适应，研究被摒弃了。
二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德国
使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。
再一次因发光暗淡而停止。
1936年,GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。
随着电流的
应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。
二十世纪50年代，英国
科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,
并于60年代面世。
据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一
步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。
第一个商用LED仅仅只能发出不
可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。
60年代末，在砷化镓基体上使
用磷化物发明了第一个可见的红光LED。
磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红
光更亮，甚至产生出橙色的光。
到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。
LED采用双
层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。
就在此时，俄国科学
家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。
尽管它不如欧洲的LED高效。
但在70年代
末，它能发出纯绿色的光。
80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是
红色，接着就是黄色，最后为绿色。
到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产
出了桔红、橙、黄和绿光的LED。
第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年
代早期，再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。
依当今的技术标准去
衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。
90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和
蓝光铟氮镓Led。
超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧
光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。
就是利用这种
技术制造出任何可见颜色的光。
今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜
色，如浅绿色和粉红色。
有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经
历了一个漫长而曲折的历史过程。
事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外
光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。
那么LED发展史到低能走多远，不得而知。
也许某天就能开发出能发X射线的LED。
早期的LED只能应用于指示灯、早期的
计算器显示屏和数码手表。
而现在开始出现在超亮度的领域。
将会在接下的一段
时间继续下去。
第三章：
什么叫LED
所谓LED，就是发光二极管（lightemittingdiode）,顾名
思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具
有二极管的特性。
基本结构为一块电致发光的半导体模块，封
装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。
发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。
当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子
与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。
其发光过程包括三
个部分：
正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
在LED
得两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就
发出从紫外到红外不同颜色的光线。
调节电流，便可以调节光的强
度。
可以通过改变电流可以变色，这样可以通过调整材料的能带结
构和带隙，便可以多色发光.
还常接触到其他两类发光二极管有：
LD和UVLED。
LD（LaserDiode）半导体激光二极管，和LED类似，也是一个PN结，也
是利用外电源向PN结注入电子来发光的。
半导体激光器的结构通常由P
层、N层和形成双异质结的有源层构成。
体积小，耦合效率高，响应速
度快。
LD，光线比较集中，、质量轻、寿命长、结构简单而坚固,多应
用于机箱的亮化.（如右图）
还有一类就是UVLED，UV（UltravioletRays）即紫外光线，从LED原理中我们知道，LED
是在半导体P-N结处流过正向电流时，能以高的转换效率辐射出200-1550m范围包括紫外、
红外和可见光谱。
紫外线是肉眼看不见的,是可见紫色光以外的一段电磁辐射,波长在10到
400nm的范围.通常按其性质的不同又细为几下几段：
真空紫外线（VacuumUV），波长为10--200nm
短波紫外线（UV-C），波长为200--290nm
中波紫外线（UV-B），波长为290--320nm
长波紫外线（UV-A），波长为320--400nm
可见光（Visiblelight），波长为400--760nm
对于LD和UV.LED我只是简单的介绍一下,在以后的章节不会作出详细的介绍,
我们重点只对普通LED进行详细介绍.
第四章：
LED优势:
（一）节能节能:
ＬＥＤ的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达８０～
９０％。
记者还将ＬＥＤ与普通白炽灯、螺旋节能灯及Ｔ５三基色荧光灯做了
一番比较，结果显示：
普通白炽灯的光效为１２ｌｍ／Ｗ，寿命小于２０００
小时，螺旋节能灯的光效为６０ｌｍ／Ｗ，寿命小于８０００小时，Ｔ５荧光
灯则为９６ｌｍ／Ｗ，寿命大约为１００００小时，而直径为５毫米的白光Ｌ
ＥＤ为２０～２８ｌｍ／Ｗ，寿命可大于１０００００小时。
有人还预测，未
来的ＬＥＤ寿命上限将无穷大。
一般人都认为，节能灯可节能４／５是伟大的创举，但ＬＥＤ比节能灯还要节
能１／４，这是固体光源更伟大的改革。
除此之外，ＬＥＤ还具有其他优势，
光线质量高，基本上无辐射，属于典型的绿色照明光源；可靠耐用，维护费用
极为低廉等等。
正因为ＬＥＤ具有以上其他固体光源还无法匹敌的特点，１０年后
ＬＥＤ将是照明行业的主流光源。
（二）环保环保:
LED在生产过程中不要添加“汞”，也不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击
性好，抗震性好，不易破碎，便于运输,非常环保,被称为”绿色能源。
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（三）寿命非常长寿命非常长:
:
普遍在5万-10万小时之间，因为LED是半导体器件,即使是频繁的
开关，也不会影响到使用寿命
（（四四）.LED元件的体积非常小元件的体积非常小：
更加便于各种设备的布置和设计，而且能够更
好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果
（五）LED的发出的光线能量集中度很高的发出的光线能量集中度很高：
集中在较小的波长窗口内，纯
度高。
（六）.LED响应时间非常快响应时间非常快：
在微秒级别,只要开关一开,马上就会亮,不会出现
延迟的和闪烁的现象
（七）.LED的发光指向性非常强的发光指向性非常强：
亮度衰减比传统光源低很多。
（九）LED使用低压直流电即可驱动使用低压直流电即可驱动：
具有负载小、干扰弱的优点,对使用环
境要求较低。
（十）能够较好地控制发光光谱组成能够较好地控制发光光谱组成：
从而能够很好地用于博物馆以及展
览馆中的局部或重点照明.
（十一）可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅
的大小
可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅
的大小：
从而发出各种颜色的光线，且彩度更高，
（十二）显色性高：
不会对人的眼睛造成伤害。
但是作为一个新兴的技术领域，半导体照明行业还处于一个快速发展阶段，科技进步令我们
感到欣喜，但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度，与传统的光源相比，
都还不成熟不健全。
要真正实现用ＬＥＤ代替传统光源还有一段很长的路要走，还有很多技术难题需要解决,如大功率散热和光效方面。
同时也要我们LED的行业人事和专家一起来共同努力,让LED更好的为我们服务.
第五章：
LED主要性能指标
LED性能指标是整个LED的核心部分,只有了解它的性能指标,才能深度的了解LED,对以后
产品的开发和销售也能得心应手,也是接进入LED行业必须了解的的东西,现在让我来给在
大家进行详细的分析:
（1）LED的颜色:
LED的颜色是一个很重要的一项指标,是每一个LED相关灯具产品必
须标明,目前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的
颜色,在我们设计和接单的时候这个参数是千万不能忘记的（尤其是初学者）.因为颜色不
同,相关的参数也有很大的变化.
（2）LED的电流:
LED的正向极限（IF）电流多在20MA,而且LED的光衰电流不能大于
IF/3,大约15MA和18MA..LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比,当IF>20MA时,亮度的
增强已经无法用内眼分出来.因此LED的工作电流一般选在17-19MA左右比较合理.前面所
针对是普通小功率LED（0.04-0.08W）之间的LED而言,但有些食人鱼LED除外（有些在40MA左
右的额定值）.除着技术的不断发展,大功率的LED也不断出现如0.5WLED（IF=150MA）,1W
LED（IF=350MA）,3WLED（IF=750MA）还有其它更多的规格,我不一一进行介绍,你们可以自
己去查LED手册.
（3）LED的电压:
我们通常所说的是LED的正向电压,就是说LED的正极接电源正极,负
极接电源负极.电压与颜色有关系，红、黄、黄绿的电压是1.8-2.4v之间。
白、蓝、翠绿
的电压是3.0-3.6v之间,可能同样一批LED的电压会有一些差异,,要根据厂家提供的为准.
在外界温度升高时，VF将下降.
在外界温度升高时，VF将下降.
（4）LED的反向电压VRm：
：
所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管
可能被击穿损坏
（5）LED的色温:
以绝对温度K来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度
时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，
我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。
因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的
评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光
色外观上仍有些许差异。
仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在
该光源下物体颜色的再现如何。
不同光源环境的相关色温度。
光源色温
北方晴空8000-8500k
阴天6500-7500k
夏日正午阳光5500k
金属卤化物灯4000-4600k
下午日光4000k
冷色营光灯4000-5000k
高压汞灯3450-3750k
暖色营光灯2500-3000k
卤素灯3000k
钨丝灯2700k
高压钠灯1950-2250k
蜡烛光2000k
光源色温不同，光色也不同：
•光源色温不同，光色也不同，色温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；
色温在3000k-5000k为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000k以上有冷的感觉。
（6）:
发光强度（I、Intensity）:
单位坎德拉，即cd。
光源在给定方向的单位
立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的（发）光强（度），
发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小
的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。
可以说，发光强
度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同
的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源
照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，
1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比
较暗，比如1984年标准5mm的LED其
发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，
现在LED都很厉害了，但还是沿用原来
的说法。
用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚
程度好的发光强度就高。
因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要
看照射角度。
很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜
头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也
受限。
另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但
只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
（7）LED光通量（F，Flux）:
单位流明，即lm。
光源在单位时间内发射出
的光量称为光源的发光通量.。
同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，
与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光线越多
对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则F=4πI。
也就是说，
若光源的I为1cd，则总光通量为4π=12.56lm。
与力学的单位比较，光通量相当于压力，
而发光强度相当于压强。
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大
会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因
为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。
人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。
对于人
眼最敏感的555nm的黄绿光，1W=683lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。
这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。
对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。
对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。
例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。
那我现在对常用白光LED流明列举出来,供大家参考：
0.06W→3-5LM,0.2W→
13-15LM,1W→60-80LM。
（（8）LED光照度（E，Illuminance）:
单位勒克斯即lx（以前叫lux）。
1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度.
这个参数我们平常用得不是很多，我们在这里不作详细的介绍。
（（9）显色性:
光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是
由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能
较全面反映光源的颜色特性。
显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就
接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。
国际照
明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：
高压
钠灯显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60~90。
显色分两种：
忠实显色：
能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数（Ra）高的光源，其数值接近
100，显色性最好。
效果显色：
要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果
（（10）眩光：
）眩光：
视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒
适称为眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。
（（11）LED的使用寿命：
LED在一般说明中，都是可以使用50,000小时以上，还有一些生产商宣称其LED可
以运作100,000小时左右。
这方面主要的问题是，LED并不是简单的不再运作而已，它
的额定使用寿命不能用传统灯具的衡量方法来计算。
实际上，在测试LED使用寿命时，
不会有人一直呆在旁边等着它停止运作。
不过，还是有其他方法来测算LED的使用寿
命。
LED之所以持久，是因为它不会产生灯丝熔断的问题。
LED不会直接停止运作，
但它会随着时间的流逝而逐渐退化。
有预测表明，高质量LED在经过50,000小时的持
续运作后，还能维持初始灯光亮度的60%以上。
假定LED已达到其额定的使用寿命，
实际上它可能还在发光，只不过灯光非常微弱罢了。
要想延长LED的使用寿命，就有
必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。
热能是LED停止运作的主要原因。
LED
的寿命与LED的芯片和LED驱动有关,我将在<<成为LED专家的秘藉的应用篇>>
针对提高LED寿命进行详细的解说.
（（12）LED发光角度：
发光角度：
二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠
二极管生产时加散射剂来控制，有三大类：
（1）高指向性。
一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射
剂。
发光角度5°~20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或
与光检出器联用以组成自动检测系统。
（2）标准型。
通常作指示灯用，其发光角度为20°~45°。
（3）散射型。
这是视角较大的指示灯，发光角度为45°~90°或更大，散射剂
的量较大。
LED的发光角度是LED应用产品的重要参数，请各位勿
必重视这个参数。
以上就是主要的和常用的LED参数，供大家学习，这些参数在以后产品应用中极为重要，
请一定要了解和应用。
第六章：
LED产品的分类：
LED产品分类很多，我们简单地来看看分类方法。
LED根据发光管发光颜色、发光管出光面特徵、发
光管结构、发光强度和工作电流、芯片材料、功能等标准有不同的分类方法。
下面简单介绍前六种分
类方法。
1、根据发光管发光颜色分类、根据发光管发光颜色分类
根据发光管发光颜色的不同，可分成红光、橙光、绿光（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。
另外，有的发光二极管中包含2种或3种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有
色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类
型。
2、根据发光管出光面特徵分类
根据发光管出光面特徵的不同，可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。
圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
国外通常把φ3mm
的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
从发光强度角分布图来分有三类：
（1）高指向性。
一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且
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