led腳踏車燈(3W)超強光[cree晶片]、led車燈、led手電筒

發光二極體 （英文：Light-Emitting Diode，簡稱LED）[1]是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光發光二極體的出現，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，發光二極體能發出單色、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，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。 1955 年，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）生首次發現了砷化鎵（GaAs）及其他半導體合金的紅外放射作用。1962年，通用電氣公司的尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）開發出第一種實際應用的可見光發光二極體，造福人群。
* 發光（能量轉換）效率高 - 也即較省電。但只在低光度（如手提電話的背光）下才有高效率，當光度提高到可作照明用途時（如檯頭燈），LED的效率雖然比烏絲燈泡高，但仍比螢光燈（俗稱日光燈管）差。[2] * 反應（開關）時間快 - 可以達到很高的閃爍頻率。 * 使用壽命長 - 在適當的散熱和應用環境下可達35,000 ~ 50,000小時，相對螢光燈為10,000 ~ 15,000小時，白熾燈為1,000 ~ 2,000小時。 * 耐震盪等機械衝擊 - 由於是固態元件，沒有燈絲，相對螢光燈、白熾燈等能承受更大震盪。 * 體積小 - 其本身體積可以造得非常細小（小於2mm）。 * 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於細角度都可以達到。 * 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。 * 色域豐富 - 白色LED覆蓋色域較其他白色光源廣。[3] * 冷光束 - LED光束本身不包含紅外或者紫外，對注重保護被照對象的場合，如博物館展品的照明應用最適合。 * 環保，沒有汞的有害物質，LED燈具部件可回收再利用。LED燈泡的組裝部件可以非常容易的拆裝，不用廠家回收都可以通過其它人回收。
* 散熱問題，如果散熱不佳會大幅縮短壽命。 * 除非購買高級產品、否則省電性還是低於螢光燈（冷陰極管，CCFL），有些LED的省電性也低於省電燈泡。 * 初期成本較高。 * 因光源屬於方向性，燈具設計需考量光學特性。 * 即使是同一批次的單顆LED與LED之間也存在著光通量，顏色和前向電壓的差別，一致性差。
發光二極體技術 [編輯] 原理結合藍色、黃綠（草綠）色，以及高亮度的紅色LED等三者的頻譜特性曲線，三原色在FWHM頻譜中的頻寬約24奈米─27奈米。 發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，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。與其它二極體一樣，發光二極體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複合，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。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與電洞的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。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。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。 發展初期，採用砷化鎵（GaAs）的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。
自LED面世後，相隔多年仍未能製造出能產生藍光的LED，由於藍色是三原色之一，以當時其他LED所能產生的光波長較藍光長，因此未能以其他已有的LED間接製造出藍光來，缺少了藍光LED也導致不能製造出同白光LED。 藍光LED 1993年，當時在日本日亞化學工業（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發明了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年代後期得到廣泛應用。 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他顏色的光（波長較長的光），當所有光混合起來後，看起來便像白光。 這種光波波長轉化作用稱為螢光，原理是短波長的光子（如藍光或紫外光）被螢光物質（如磷光劑）中的電子吸收後，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發出的部份藍光由螢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）換作其他稀釋金屬，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，紅色和綠色的物件在這種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，從暖的黃色到冷的藍色都有，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的發光原理跟螢光燈是一樣的。發光單元是紫外光LED，外面包著兩種磷光劑混合物，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）。 內裡的紫外光LED發出的紫外光被外層的磷光劑轉換成紅、藍、綠三色光，混合後就成了白光。 但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂劣化變質，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。 [編輯] 其他顏色 近期開發出來的LED顏色包括粉紅色和紫色，都是在藍光LED上覆蓋上一至兩層的磷光體造成。粉紅色LED用的第一層磷光體能發黃光，而第二層則發出橙色或紅色光。而紫色LED用的磷光體發橙色光。 另外一些粉紅色LED的製造方法則存在一定的問題，例如有些粉紅色LED是在藍光LED塗上螢光漆或指甲油，但它們有可能會剝落；而有些則用上白光LED 加上粉紅色磷光體或染料，可是在短時間內顏色會褪去。 價錢方面，紫外線、藍色、純綠色、白色、粉紅色和紫色LED是較紅色、橙色、綠色、黃色、紅外線LED貴的，所以前者在商業用途上比較遜色。 發光二極體是封裝在塑膠透鏡內的，比使用玻璃的燈泡或日光燈更堅固。而有時這些外層封裝會被上色，但這只是為了裝飾或增加對比度，實質上並不能改變發光二極體發光的顏色。 [編輯] 有機發光二極體，OLED 主條目：有機發光半導體 OLED全名叫做有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode），與「薄膜電晶體液晶顯示器」（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD）是不同類型的產品。部分國外又稱OLED為有機電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。其發光原理跟LED一樣，不同之處是其發光物質是有機物質，例如有機聚合物等。 OLED具有自發光性、廣視角、高對比、低耗電、高反應速率、製程簡單等優點，OLED顯示器因為不需背光元件，所以可以比LCD顯示器造得更薄，不同顏色的OLED有不同壽命，衰退程度也不同（藍色OLED的壽命最短），因此作為全彩色顯視器時，色溫會隨使用時間而變；較常用的像點會較衰退得較其他像點快而使得光暗不均。OLED顯示器的壽命只有LCD顯示器的1/4，日本Toshiba跟Panasonic近年有新技術使OLED的壽命加倍。水份、濕氣等會對OLED做成破壞，因此對封裝的防水性也有要求。 OLED顯示器依驅動方式的不同又可分為被動式（Passive Matrix，PMOLED）與主動式（active matrix，AMOLED），因為導電電極的電阻關係，被動式OLED尺吋不可以造得大，否則會有光暗不均的情況。 [編輯] 運作參數和效率 一般最常見的LED工作功率都是設定於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都以特大的半導體晶片來處理高電能輸入的問題，而那半導體晶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。[4] 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。[5] 今天，OLED的工作效率比起一般的LED低得多，最高的都只是在10%左右。但OLED的生產成本低得多，例如可以用簡單的印製方法將特大的 OLED陣列安放在螢幕上，用以製造彩色顯示幕。 [編輯] 失效模式 最常見的發光二極體（和鐳射二極體）的失效是逐漸降低光輸出和效率損失。然而，瞬間的失效也是有可能會發生。晶核成長過程中的差排可能導致光輻射在差排的結合形成使得活性區域衰減的機制；意味著晶格中有存在缺陷，並可以經由熱、高的電流密度及光的放射來加速其發生。 砷化鎵及砷化鋁鎵相較於砷磷化鎵、砷磷化銦鎵及磷化銦是比較容易受這個機制所影響，基於活性區域的不同性質，氮化鎵及氮化銦鎵則對這類的缺陷更為敏感，不管怎樣，高的電流密度可以導致原子的遷移電子跳離活性區域引出差排和點缺陷，看起來像是非光輻射的結合來產生熱而非光，電離輻射同樣的也會造成這樣的缺陷，使得LED存在輻射電路局限的問題（例如在光絕緣體中），早期的紅光因而有顯著的短壽命情況。 白光LED通常使用一或多種的螢光粉，螢光粉會受到熱跟壽命的影響而衰減並降低效率，導致產出的光色改變。 高的電子流在高的溫度下會使得金屬原子從電極擴散至活性區域，有些材料，尤其是氧化銦錫和銀就容易有電子遷移的情形；有些狀況，尤其是 GaN/InGaN的二極體，阻擋層金屬被使用來阻礙電子的遷移，機械的應力、高的電流和腐蝕性的環境可能會使得細小的連結發生導致短路的情形。 高功率LED對電流的擁擠敏感，不均勻的電流密度分佈在接合點（junction）上，可能會產生局部的熱點，存在熱燒毀的風險，基板的不均勻導致熱傳導損失，使得問題變得更嚴重，常見的是來自於焊接材料的孔洞或是電子遷移效應和Kirkendall空洞，熱燒毀是LED常見的失效。 當光的輸出超出了臨界水準而導致琢面（facet）燒熔時，雷射二極體可能會有激烈的光學損壞。 有些塑膠封裝的材質會因為熱的緣故而變黃，導致局部波長的光被吸收而影響波長。 突然間的失效常常是因為熱應力所致，當環氧樹脂的封裝達到玻璃轉移溫度時，樹脂會很快速的膨脹，在半導體和焊點接觸的位置產生機械應力來弱化或扯斷它，而在非常低的溫度時則會讓封裝產生裂痕。 靜電的放電也可能產生半導體接合點（junction）立即的失效，特性的永久漂移及潛在的損壞都會導致衰減的速率增加，接合在藍寶石基板上的發光二極體及雷射，對ESD的損害更為敏感。 [編輯] LED的使用近看一顆典型的LED，可以看到其內部架構。 LED與沒有極性的白熾燈不同，只能在正向電流流過時才能發光。當加電壓為正向時，會有較大的電流流過，於是我們稱之為順向偏壓。如果電壓極性接反了，則被稱為逆向偏壓，這時只有很小電流流過器件，並且不發光。LED可以工作在交流電壓下，但只有正向電壓能使它被點亮，這會導致LED以該交流電的頻率閃爍。可以參考下表來確定LED的極性:

符號: + − 極性: 正 負端子: 陽極 陰極連線: 紅 黑管腳: 長 短記號: 無 條紋管腳號: 1 2 PCB: 方 圓內部: 小 大外部: 圓 平
分別發光二極體的極性 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體的極性。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。
一般生產商資料都有在不同電流下光度變化的相關資料，全因LED的光度與電流有較直接關係；同時，因為電壓與電流成對數相關，所以在發光二極體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體供電。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體供電，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，加上發光二極體生產工藝的離散性，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毀。 * 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，由於控元件沒有半導通的狀態，電壓降較少，因而效率較高，只要閃爍頻率高於人眼的視覺暫留，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，因此加上幾伏特的反向電壓就可能損壞。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體（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單元包含兩個二極體，極性相反（即兩個二極體是反並聯的），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體導通時間的比例來實現各種混合顏色。另一些LED單元裡的兩個或多個不同顏色的二極體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。
由於體積細小，耗電低，容易推動，LED被普遍用作訊息、狀態顯示，例如： * 消費性電子產品的狀態指示燈 * 應急車輛上的發光條 * 機場和火車站的輕薄型消息顯示板，以及用於火車、汽車、電車以及渡輪的終點顯示牌 * 紅、黃、綠和藍光LED可用於鐵路建設模型 * 緊急出囗指示燈 * 交通燈 * 汽車轉向燈與剎車燈 * 有機發光二極體（OLED）可用作平板顯示器，可顯示圖象以至視頻訊息 * 液晶電視的動態背光模組 照明 LED在較低光度有較佳效率（省電）的特性，使其適用於部份照明用途： * 手電筒 * 斷電時用的緊急照明系統 * 在光度要求低的道路、隧道、室內照明 用於傳送數碼訊息： * 電視機、錄影機等家電的遙控器，使用了紅外線發光二極體 * 短距離光纖通訊 * 位移探測器，例如：光學鼠標 由若干獨立的LED組成的單個光源 LED作為白熾燈和螢光燈的替代品，被稱為固態照明（SSL）──多個白光LED組合成一簇構成一個光源。近年 LED的效率提升得很快：目前大功率白光平均光輸出為60~80流明每瓦（lm/W）。LED 的長壽命讓固態照明非常有吸引力。機械上SSL也比白熾燈和螢光燈更堅固。目前固態照明還未能實現家用，因為LED的效率仍然比新型的螢光燈（T5管）略低，而且比較昂貴很多（儘管成本正在下降）。閃光LED目前已經被廣泛應用了。 白熾燈泡非常便宜，但效率也很低，家用鎢絲燈為16 lm/W，鹵素燈大約為22 lm/W。螢光燈效率很高，50到100 lm/W (平均60 lm/W)，但是燈管易碎，舊式的螢光燈需要起輝器和鎮流器，因而有時會產生聽覺噪音，光度也有閃爍問題。新式螢光管及節能燈（適用於標準燈座）裡面集成了電子鎮流器，比較堅固和高效，目前仍是家用照明的最佳選擇。 隨著技術的發展，SSL的成本會不斷降低，並有望在2020年以前進入千家萬戶。現下LED主要用於信號指示，而在LED這一領域具有明顯的優勢。在世界各地，採用發光二極體發光的交通信號燈、汽車指示燈及道路狀況告示等已慢慢的變得普遍。 由於具有極好的單色性，在一些需要某種顏色的場合，發光二極體也比其他白色的光源更有優勢。最近剛推出的一種「碧綠」色（藍綠色，約500nm），符合交通指示燈和導航燈的規範要求。 有些應用場合要求光源不能帶藍色成份，比如暗室的安全照明，存放一些感光化學材料的實驗室的指示燈，以及一些必須保持暗夜適應性（夜景模式）的場合，諸如飛機尾部和橋樑的顯示和觀察。黃光發光二極體是滿足這種需求的最佳選擇，因為人眼對黃光比其他顏色光敏感得多。
台灣高雄市自由一路的路燈已經在2007年6月改用LED路燈並且正式驗收啟用，其燈具的發光效率以及光型皆達到現有的道路照明標準。 台灣高速公路及快速公路部分路段道路標誌投射燈照明改用LED照明並且正式驗收啟用。 LED作為輕鋼架天花板照明之實景 香港港鐵現時有一列行走荃灣綫的列車在最後一節車廂的照明都換成了發光二極體照明。另外，亦在羅湖站的新扶手電梯上面的天花板安裝一組試驗性的LED日光燈。根據前九鐵的刊物，這一組發光二極體日光燈預計可每年節省66%的電力消耗。