紅色、綠色發光二極管在上世紀中葉已經問世，但要把發光二極管用于照明，必須發明藍色發光二極管，因為有了紅、綠、藍三原色后，才能產生照亮世界的白色光源。藍色發光二極管的制備技術困擾了人類30多年。

上世紀80年代，在日本名古屋大學工作的赤崎勇和天野浩選擇氮化鎵材料，向藍色發光二極管這個世界難題發起挑戰。1986年，兩人首次制成高質量的氮化鎵晶體;1989年首次研發成功藍光LED。

從1988年起，當時在日亞化學公司工作的中村修二也開始研發藍光二極管。與兩位日本同行一樣，他選擇的也是氮化鎵材料，但在技術路線上并不相同。上世紀90年代初，中村修二也研制出了藍色發光二極管。與名古屋大學團隊相比，他發明的技術更簡單，成本也更低。

至此，將LED用于照明的最大技術障礙已被掃除，被譽為“人類歷史上第四代照明”的LED燈呼之欲出。

按照諾獎評選委員會的說法，這項只有“20歲”的“年輕”發明之所以獲獎，是因為這種用全新方式創造的白色光源已經“讓我們所有人受益”。“他們的發明具有革命性，”聲明說，“白熾燈點亮了20世紀，21世紀將由LED燈點亮。”

與白熾燈、熒光燈相比，LED能耗更低，壽命更長，

藍色發光二極管

而且可實現智能化操控，是節能環保的“綠色照明”。因此進入市場后，呈現爆發式增長。國家半導體照明應用系統工程技術研究中心經理楊潔翔介紹，我國2010年的LED產值是700多億元;　而到了2013年，全年產值猛增到5000多億元。家庭、辦公、道路等各種場所的照明以及絢爛的景觀燈光，這些市場“主力軍”如今都是LED。“前幾年談到LED，我們需要對公眾進行科普，現在家里裝修，老百姓都會考慮買這種比傳統節能燈更節能的燈具。”[1]

單色光LED的應用

最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產生2000流明的白光。經紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內，共耗電14瓦，即可產生同樣的光效。

汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應速度快(納秒級)，可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發生。

另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得到了應用。

藍色發光二極管測量

一般檢測

普通發光二極管的檢測

(1)用萬用表檢測。利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或為∞，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實質地看到發光管的發光情況，因為×10kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。

如果有兩塊指針萬用表(最好同型號)可以較好地檢查發光二極管的發光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發光管的正極(P區)，余下的“+”筆接被測發光管的負極(N區)。兩塊萬用表均置×10kΩ擋。正常情況下，接通后就能正常發光。若亮度很低，甚至不發光，可將兩塊萬用表均撥至×1mΩ若，若仍很暗，甚至不發光，則說明該發光二極管性能不良或損壞。應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于×1mΩ，以免電流過大，損壞發光二極管。

(2)外接電源測量。用3V穩壓源或兩節串聯的干電池及萬用表(指針式或數字式皆可)可以較準確測量發光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.4～3V之間，且發光亮度正常，可以說明發光正常。如果測得VF=0或VF≈3V，且不發光，說明發光管已壞。

紅外發光二極管的檢測

由于紅外發光二極管，它發射1～3μm的紅外光，肉眼無法看到到。通常單只紅外發光二極管發射功率只有數mW，不同型號的紅外LED發光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3～2.5V。正由于其發射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測法只能判定其PN結正、反向電學特性是否正常，而無法判定其發光情況正常否。為此，最好準備一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光電池)作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當正向電流后是否發射紅外光。

光強度

把光強標準燈，LED和配有V(λ)濾光片的硅光電二極管安裝和調試在光具座上，特別是嚴格地調燈絲位置，LED發光部位及接受面位置。

先用光強標準燈校準硅光電二極管，C=E/S

式中Rs=Is/Ds

Ds是標準燈與接受器之間的距離，I s是標準燈的光強度，R s是標準燈的響應。

Et=C ·R t式中E t是被測LED的照度，R t是被測LED的響應，則LED的光強度I t為：I t=E t ·Dt

式中Dt 是LED與接受面之距離。

對于LED來講，其發光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測量距離下，光強值會變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強值也會變化。因此，為了提高測量精度，應該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如，測量距離按照GIE推薦采用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測量距離下，LED轉角不同，其光強也相應地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數R t為佳。

光通量

光通量測量在變角光度計的轉臺上進行，轉臺上安轉了LED，該轉臺在其水平面上繞著垂直軸旋轉±90度，LED在垂直面上繞著測光軸旋轉360度。在水平面上和垂直面上的轉角的控制是通過步進馬達來實現的。轉臺在導軌上隨意移動，當測量標準燈時，轉臺應離開導軌。

測量時大轉盤在水平面上繞垂直軸旋轉，步進角度為0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋轉，在每一個水平角度下，垂直平面上每隔18°進行一次信號采集，轉完360°之后共采集到20個數據，按下式計算總光通量。

如果大盤旋轉0°～90°時，小盤轉0°～360°即可。但是大盤旋轉0°～90°時，有可能LED安裝不均勻(不對稱)而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉-90°～0°～90°，小盤仍然轉0°～360°，把大盤0°～90°和-90°～0°兩個范圍內絕對值相等的角度上的照度值取平均值來作為0°～90°內的值。

LED總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優點是簡單易行，但測量精度不高。LED的總光通量計算方法如下，先計算離積分球入射窗口(入射窗口面積 A)1 距離上標準燈(光強值 I s)進入積分球內的光通量Φs，Φs=I s · A /I 2

讀出接收器上的光電流信號i s，然后把LED置于窗口上，讀出相應的接收器光電流信號it，則LED的總光通量Φ為：

Φt=It/IsΦs·K 式中 K 為色修正系數。

光譜

發光二極管的光譜功率分布測量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對已測得的LED的光度量值進行修正。

在測量LED光譜功率分布時，應注意以下幾點，一個是在與標準光譜輻照度進行比較時由于標準燈的光譜輻強度比LED強得多，為了避免這個問題，最好在標準燈前加一個中性濾光片，使它的光譜輻強度接近于LED。

LED的光譜寬度很窄，為了準確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長寬度的單色儀進行測量，波長間隔為1nm為好。

按下式計算LED的光譜功率分布E t。

Etλ=Esλ·Itλ/Isλ

式中 i 是標準燈在波長 i 處的響應;E 是標準燈的光譜功率分布;i 是LED在波長λ處的響應。

LED的色坐標計算公式為：

x=∫Etλ·xλdλ

y=∫Etλ·ydλ

z=∫Etλ·ydλ

色坐標為：

x=X/(X+Y+Z)

y=Y/(X+Y+Z)

也可計算LED的主波長和色純度。

發光二極管也與普通二極管一樣由PN結構成，也具有單向導電性。它廣泛應用于各種電子電路、家電、儀表等設備中、作電源指示或電平指示。

發光二極管的主要特性表

* cd(坎德拉)發光強度的單位

藍色發光二極管性能要求

1.高可靠性特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。

2.高效率LED是節能產品，驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內的結構，尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3.高功率因素功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大，但晚上大家點燈，同類負載太集中，會對電網產生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。

4.驅動方式通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電，LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題。這兩種形式，在一段時間內并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。

5.浪涌保護LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。

6.保護功能電源除了常規的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。

7.防護方面燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。

8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9.要符合安規和電磁兼容的要求。

藍色發光二極管原理特點

原理

它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。發光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：

R=(E-UF)/IF

式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發光二極管的核心部分是由P型半導

體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

以下是傳統發光二極管所使用的無機半導體物料和所它們發光的顏色

白光LED

1993年，當時在日本Nichia Corporation(日亞化工)工作的中村修二(Shuji Nakamura)發明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的具有商業應用價值的藍光LED，這類LED在1990 年代后期得到廣泛應用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可產生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來的。

現時生產的白光LED大部分是通過在藍光LED(near-UV，波長450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當LED芯片發出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬(光譜中心約為580nm)的主要為黃色的光。(實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)由于黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍光，使它看起來就像白色光，而其的色澤常被稱作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發并從1996年開始用在生產白光LED上。若要調校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式

做到。而基于其光譜的特性，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么鮮明。另外由于生產條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統一，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。

另一個制作的白光LED的方法則有點像日光燈，發出近紫外光的LED會被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種是發綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于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，它效率較低而產生較多熱(因為StokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。

最新一種制造白光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。

極性

發光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。

LED單向導通性

LED只能往一個方向導通(通電)，叫作正向偏置(正向偏壓)，當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發展民用的去向。

特性

與白熾燈泡和氖燈相比，發光二極管的特點是：工作電壓很低(有的僅一點幾伏);工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發光);抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長;通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。由于有這些特點，發光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9，10個阿拉伯數字以及A，B，C，D，E，F等部分字母(必須區分大小寫)。

參數

LED的光學參數中重要的幾個方面就是：光通量、發光效率、發光強度、光強分布、波長。

發光效率和光通量

發光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發光效率代表了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。

發光強度和光強分布

LED發光強度是表征它在某個方向上的發光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。

波長

對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據觀察我國的一些LED信號燈中綠色發藍，紅色的為深紅，從這個現象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。

藍色發光二極管光源特點

電壓

LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據產品不同而異，也有少數DC36V、DC40V等，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。

效能

消耗能量較同光效的白熾燈減少80%左右，較節能燈減少40%左右。

適用性

體積很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環境

穩定性

10萬小時，光衰為初始的50%

響應時間

其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級

環境污染

不含有害金屬汞等

顏色

發光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和禁帶寬度，實現紅黃綠藍橙多色發光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發光二極管的工作電壓依次升高。

價格

LED的價格越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會把白熾燈換成LED燈。我國部分城市公路、學校、廠區等場所已換裝完LED路燈、節能燈等。

種類發展

最早應用半導體P-N結發光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是GaAsP，發紅光(λp=650nm)，在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發光效率約0.1流明/瓦。

70年代中期，引入元素In和N，使LED產生綠光(λp=555nm)，黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初，出現了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。

90年代初，發紅光、黃光的GaAlInP和發綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區域(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦。

藍色發光二極管生產材料

LED五大原物料分別是指：晶片，支架，銀膠，金線，環氧樹脂

晶片

晶片的構成：由金墊，P極，N極，PN結，背金層構成(雙pad晶片無背金層)。晶片是由P層半導體元素，N層半導體元素靠電子移動而重新排列組合成的PN結合體。也正是這種變化使晶片能夠處于一個相對穩定的狀態。在晶片被一定的電壓施加正向電極時，正向P區的空穴則會源源不斷的游向N區，N區的電子則會相對于孔穴向P區運動。在電子，空穴相對移動的同時，電子空穴互相結對，激發出光子，產生光能。主要分類，表面發光型： 光線大部分從晶片表面發出。五面發光型： 表面，側面都有較多的光線射出按發光顏色分，紅，橙，黃，黃綠，純綠，標準綠，藍綠， 藍。

支架

支架的結構1層是鐵，2層鍍銅(導電性好，散熱快)，3層鍍鎳(防氧化)，4層鍍銀(反光性好，易焊線)

銀膠(因種類較多，我們依H20E為例)

也叫白膠，乳白色，導通粘合作用(烘烤溫度為：100°C/1.5H)銀粉(導電，散熱，固定晶片)+環氧樹脂(固化銀粉)+稀釋劑(易于攪拌)。儲藏條件：銀膠的制造商一般將銀膠以-40 °C 儲藏，應用單位一般將銀膠以-5 °C 儲藏。單劑為25 °C/1年(干燥，通風的地方)，混合劑25 °C/72小時(但在上線作業時因其他的因素“溫濕度、通風的條件”,為保證產品的質量一般的混合劑使用時間為4小時)

烘烤條件：150 °C/1.5H

攪拌條件：順一個方向均勻攪拌15分鐘

金線(依φ1.0mil為例)

LED所用到的金線有φ1.0mil、 φ1.2mil，金線的材質，LED用金線的材質一般含金量為99.9%，金線的用途

利用其含金量高材質較軟、易變形且導電性好、散熱性好的特性，讓晶片與支架間形成一閉合電路。

環氧樹脂(以EP400為例)

組成：A、B兩組劑份:

A膠：是主劑，由環氧樹脂+消泡劑+耐熱劑+稀釋劑

B劑：是固化劑，由酸酣+離模劑+促進劑

使用條件：

混合比：A/B=100/100(重量比)

混合粘度：500-700CPS/30 °C

膠化時間：120 °C*12分鐘或110 °C*18分鐘

可使用條件：室溫25 °C約6小時。一般根據產線的生產需要，我們將它的使用條件定為2小時。

硬化條件:初期硬化110 °C-140 °C 25 - 40分鐘

后期硬化100 °C*6-10小時(可視實際需要做機動性調整)

藍色發光二極管優點

一、體積小

LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。

二、電壓低

LED耗電相當低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。只需要極微弱電流即可正常發光。

三、使用壽命長

在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時。

四、高亮度、低熱量

LED使用冷發光技術，發熱量比同等功率普通照明燈具低很多。

五、環保

LED是由無毒的材料構成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。

藍色發光二極管應用

在LED于20世紀60年代問世到80年代之前這10多年中，LED只有紅、黃、綠幾種顏色，發光效率很低(僅約1 lm/W)，亮度比較低，而且價格高，人們只是將其用作電子產品的指示燈。從LED發展和應用歷程上看，這一時期為LED的指示應用階段。

1 交流電源指示燈

。該電路只要連接220V/50Hz的交流供電線路，LED就會被點亮，指示電源接通。限流電阻R的阻值為220V/IF。

2 交流開關指示燈

用LED作白熾燈開關指示燈的電路，當開關斷開燈泡熄滅時，電流經R、LED 和燈泡EL形成回路，LED亮，方便人們在黑暗中找到開關。此時曲于回路中的電流很小，燈泡是不會亮的。當接通開關時，燈泡被點亮，而LED則熄滅。

3 交流電源插座指示燈

用雙色(共陰極) LED作交流電源插座指示燈的電路。插座的供電由開關S控制。當紅光LED亮時，插座無電;當綠光LED亮時，插座有電。

4 保險管座指示燈

LED用作工廠設備配電箱保險管座指示燈的電路。當保險管完好時，LED不亮;當保險管熔斷時，LED會被點亮，以指示用戶是哪一個熔斷器已被燒斷，以便更換。這對于用肉眼無法觀察好壞的瓷芯式熔斷器來說是非常方便的。