發(fā)光二極管（Light-emitting diode，縮寫為LED），能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，透過三價(jià)與五價(jià)元素所組成的復(fù)合光源。LED作為電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能夠發(fā)出低光度的紅光，被惠普買下專利后當(dāng)作指示燈利用。及后發(fā)展出其他單色光的版本；如今，能夠發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見光、紅外線及紫外線，光度亦提高到相當(dāng)高的程度。隨著白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)，用途已由初期的指示燈及顯示板等指示用途，逐漸發(fā)展至近年的照明用途。

發(fā)光二極管只能夠往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡凶髡蚱?，?dāng)電流流過時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長(zhǎng)、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體物料種類與故意摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、反應(yīng)速度快、可靠性高等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率近年有所進(jìn)步；每千流明成本，也因?yàn)榇罅康馁Y金投入使價(jià)格下降，但成本仍遠(yuǎn)高于其他的傳統(tǒng)照明。雖然如此，近年仍然越來越多被用在照明用途上。

2014年憑借“發(fā)明高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管，帶來了節(jié)能明亮的白色光源”，日本工程學(xué)家天野浩與赤崎勇、中村修二共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

LED使用的優(yōu)點(diǎn)：

能量轉(zhuǎn)換效率高（電能轉(zhuǎn)換成光能的效率） - 也即較省電。

反應(yīng)時(shí)間短 - 可以達(dá)到很高的閃爍頻率。

使用壽命長(zhǎng) - 且不因連續(xù)閃爍而影響其壽命。

在安全的操作環(huán)境下可達(dá)到10萬小時(shí)的壽命，即便是在50度以上的高溫，使用壽命還有約4萬小時(shí)。（螢光燈T8為8000小時(shí)、T5為20000小時(shí)、白熾燈為1，000 ~ 2，000小時(shí)）。

耐震蕩等機(jī)械沖擊 - 由于是固態(tài)元件，沒有燈絲、玻璃罩等，相對(duì)螢光燈、白熾燈等能承受更大震蕩。

體積小 - 其本身體積可以小于2mm。

便于聚焦 - 因發(fā)光體積細(xì)小，而易于以透鏡等方式達(dá)致所需集散程度，藉改變其封裝外形，其發(fā)光角度由大角度散射至細(xì)角度聚焦都可以達(dá)成。

單色性強(qiáng) - 由于是單一能級(jí)光出的光子，波長(zhǎng)比較單一（相對(duì)大部分人工光源而言），能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。

LED的缺點(diǎn)

由于LED的驅(qū)動(dòng)電壓較低，一般家用電壓為100V~240V，需要將LED及變壓器包裝為燈泡或燈管才能應(yīng)用于家中，而在降低成本的考量下，許多市售產(chǎn)品搭配品質(zhì)較差的變壓器，而加快損壞的可能。

發(fā)光二極管光度并非與電流成線性關(guān)系，光度調(diào)節(jié)略為復(fù)雜；使用PWM為最低成本的調(diào)節(jié)亮度方法，但頻率必須夠高才不傷眼（PWM調(diào)光是以快速閃爍的方式來調(diào)整亮度，例如每隔10次亮一次亮度為最大亮度的10%，但閃爍頻率不高會(huì)傷眼，1250Hz以下健康風(fēng)險(xiǎn)高，3250Hz以上則風(fēng)險(xiǎn)與不閃爍的調(diào)光方法一樣低；而舊型的螢光燈若用低頻PWM調(diào)光則不會(huì)那么傷眼，因?yàn)槲灩鉄粲杏鄷熜?yīng)而LED沒有）。

成本較高，售價(jià)較高。

因?yàn)榘l(fā)光二極管為光源面積小、分布較集中，作照明用途時(shí)會(huì)刺眼，須運(yùn)用光學(xué)設(shè)計(jì)分散光源。

每枚發(fā)光二極管因生產(chǎn)技術(shù)問題都會(huì)在特性（亮度、顏色、偏置…等）上有一定差異，即使是同一批次的發(fā)光二極管差異也不少。

LED工作基本原理

發(fā)光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發(fā)光二極管由半導(dǎo)體芯片組成，這些半導(dǎo)體材料會(huì)預(yù)先透過注入或攙雜等工藝以產(chǎn)生p、n架構(gòu)。與其它二極管一樣，發(fā)光二極管中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（陰極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構(gòu)。當(dāng)空穴和電子相遇而產(chǎn)生復(fù)合，電子會(huì)跌落到較低的能階，同時(shí)以光子的模式釋放出能量（光子也即是我們常稱呼的光）。

它所發(fā)射出的光的波長(zhǎng)是由組成p、n架構(gòu)的半導(dǎo)體物材料的禁帶能量決定。由于硅、鍺是間接帶隙材料，在常溫下，這些材料內(nèi)電子與空穴的復(fù)合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，而是把能量轉(zhuǎn)化為熱能，所以硅和鍺二極管不能發(fā)光（在極低溫的特定溫度下則會(huì)發(fā)光，必須在特殊角度下才可發(fā)現(xiàn)，而該發(fā)光的亮度不明顯）。發(fā)光二極管所用的材料都是直接帶隙型的，因此能量會(huì)以光子形式釋放，這些禁帶能量對(duì)應(yīng)著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

發(fā)展初期，采用砷化鎵（GaAs）的發(fā)光二極管只能發(fā)射出紅外線或紅光。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，新研發(fā)成功的發(fā)光二極管能夠發(fā)射出頻率越來越高的光波?，F(xiàn)今，已可制成各種顏色的發(fā)光二極管。

二極管通常建構(gòu)于N型襯底，在其表面沉積一層P型半導(dǎo)體，用電極連結(jié)在一起。P型襯底比較不常見，但也有被使用。很多商業(yè)發(fā)光二極管，特別是GaN/InGaN，也會(huì)使用藍(lán)寶石襯底。

大多數(shù)用來制成發(fā)光二極管的物質(zhì)具有非常高的折射率。這意味著大部分光波會(huì)在物質(zhì)與空氣的接口會(huì)被反射回物質(zhì)，因此，光波萃取對(duì)于發(fā)光二極管是很重要的論題，大量研究與發(fā)展都聚焦于這論題。

LED的應(yīng)用場(chǎng)景太廣泛：

狀態(tài)顯示燈

交通、道路等的指示燈

LCD顯示器背光光源

顯示器

LED照明

光通訊

紅外線遙控玩具

紅外通訊技術(shù)（IrDA）數(shù)字資料傳輸

短距離光纖通訊

光照上網(wǎng)技術(shù)（Li-Fi），是一種無需WiFi信號(hào)，使用由發(fā)光二極管把光源轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的形式來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)交接的技術(shù)。

光電耦合元件

窄波段光學(xué)感測(cè)器

如今Micro LED， OLED等等新的應(yīng)用也出現(xiàn)（之后有機(jī)會(huì)分享）。

審核編輯 ：李倩