更新时间：2023-03-15 18:31
发光二极管（Light-emitting diode，LED）是一种能够将电能化为可见光的导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。当加以正向电压超过某一值后，二极管会发出某种颜色的光，具体发光的颜色与发光二极管的制造材料有关。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在两种半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。可根据颜色、出光面特征、材料、结构、强度角等氛围不同的种类。
发光二极管具有节能、高效、耐用、绿色、环保等优点。经过几年的飞速发展，现在已经应用现代照明、数码显示等领域，而且各行各业对发光二极管的应用同时也从促进了半导体发光二极管的制造和使用。
1962年，英国科学家使用砷化镓造出了第一个“现代”的发光二极管，但是它只能发出不可见的红外线。所以最早的发光二极管是从红外线光开始的，直到现在红外发光二极管制成的红外灯，仍然是夜视摄像机补光的重要光源。因为其长寿命、抗电击、抗震等特点而作为指示灯，1968年实现了商业化。
20世纪70年代，随着材料生长和器件制备技术的改进，科学家们使用磷化镓发出了很淡的绿光，使用双磷化镓芯片发出黄色光。LED的颜色从红光扩展到黄绿光。
20世纪80年代，借助AlGaAs新材料的生长技术的发展，高质量AlGaAs/GaAs量子阱得以应用于LED结构中，载流子在量子阱中的限制效应大大地提高了LED的发光效率。
20世纪90年代，四元系AlGaInP/GaAs晶格匹配材料的使用，使得LED的发光效率提高到几十lm/W(lm:流明，表征光通量的单位)。美国惠普公司利用截角倒金字塔(TIP)管芯结构得到的桔红光的LED，其效率达到100lm/W。
1989年，日本的赤崎勇和天野浩的研究小组认为低能电子束辐照的作用实现了GaN:Mg薄膜的p型导电，成为发明蓝光LED另一项重大突破。在全球首次研制出了p-n结蓝色LED。
1992年，中村修二第一次利用了InGaN/氮化镓周期量子阱结构，取代了传统的p-i-n结构，大幅度提高了蓝光LED的发光效率。他还发展了外延技术，用低温生长的薄层GaN替换氮化铝作为缓冲层。同时中村等人为了解开p型GaN的谜团做了一系列的实验，发现电子束对于p型激活的作用只可能来自于热激活和高能电子的轰击两种因素。他们将GaN:Mg样品放入700℃以上的N2和NH3气氛下退火，实验发现都成功实现稳定的p型GaN，p 型GaN的难题得以突破。
1993年，蓝光LED实现了量产。1997 年，Schlotter 等人和中村等人先后发明了用蓝光LED管芯加黄光YAG荧光粉实现白光LED。2001年Kafmann 等人用UV LED激发三基色荧光粉得到白光LED，国际上迅即出现高效白光LED的研究和产业化的竞争，并持续至今，发光效率不断被提高，目前已经超过300lm/W（lm:流明，表征光通量的单位），电光转换率达50% 以上。
发光二极管的基本结构是p-n结，由两种不同极性的半导体材料组成， 分别是p型半导体和n型半导体。p型半导体也称为空穴型半导体，即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。n型半导体也称为电子型半导体，即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。
n型半导体带额外电子，p型半导体带额外"空穴"，电子可以在空穴之间跳动，从一个空穴转移到另外一个空穴。电子的流动就会产生电流，当有正向电流通过晶片时，电子就会与p区的空穴进行结合，然后会发出能量，这种能量以光子的形式存在，这就是半导体发光二极管发光的原理。
发光二极管的光学参数中重要的几个方面就是：电压、电流、光通量、发光效率、发光强度等。
发光二极管中的电流包括正向电流、正向电压、反向电流、反向电压。正向电压是LED器件在规定的正向电流条件下，两极间所产生的电压降落测量时必须使用恒流源为LED件供电，并调节其输出电流值到LED的规定工作电流，这时用电压表量测LED两端的电压就可测得正向电压。
反向电压是被测LED通过的反向电流为确定值时，两极间所产生的电压；反向电流是测量在被测LED器件施加规定的反向电压时产生的反向电流。
LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通量，它是光源向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量，测得发光二极管的光通量或者辐射通量后，就可以逃一步经计算获得LED器件的发光效率或辐射效率。
发光效率就是光通量与电功率之比。发光效率表征了光源的节能特性，这是衡量现代光源性能的一个重要指标。
随着器件水平的发展，有一些新的应用也被开发。例如，在农业上，利用特殊波长的紫外LED可以杀虫；在医疗领域，比如治疗癌症，可以将特殊波长紫外LED植入体内，有针对的对癌细胞进行照射等等。
发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性。这个参数直接影响到LED显示装置的最小观察角度。比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。
光谱能量分布表示在发光二极管的光辐射波长范围内，各个波长的辐射功率分布情况。它也确定 LED 发光颜色以及光通量。通常在实际场合中用相对光谱功率分布来表示。LED 的光辐射的谱分布与通常所用的光源不同，典型的LED的光输出是一个窄带光谱，其带宽是在20nm到50nm之间。对于LED的光谱特性主要看它的单色性是否优良，而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否纯正。因为在许多场合下，比如交通信号灯对颜色就要求比较严格，不过据观察现在中国的一些LED信号灯中绿色发蓝，红色的为深红，从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。
按照发光管发光颜色的不同进行不同分类，可以将发光管分为红、橙、绿、蓝灯颜色。另外，在一些发光管中不仅仅是一种颜色的芯片。这时可以根据发光处是否掺加散射剂，有没有颜色进行分类。上述的颜色的发光二极管可以分为有色与无色透明，有色与无色散射四种类型。
按照发光管出光面的不同，可以将其分为圆灯、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2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及 20mm等。从封装技术分有陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
发光二极管按照材料的不同可分为砷铝化镓发光二极管、磷砷化镓发光二极管、磷化镓发光二极管、磷铟砷化镓发光二极管和砷化镓发光二极管等多种。
按从光强度角分布图可分为高指向型、标准型、散射型。高指向型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，半值角为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。标准型通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。散射型，这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。
按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度100mcd)；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。
直流驱动，超低功耗(单管0．03 0．06 w)电光功率转换接近100％，在相同的照明效果下，它可以比传统的照明工具节约80％以上的耗能。由于LED的发光部件是半导体 PN结芯片，它具有单向导通，反向截流的特点，所以 LED灯只能用直流电源供电，且需要的驱动电压很低，单珠驱动电压为 3.2V-3.4V，功率很小。
由于是半导体器件，响应时间一般是毫秒级的，可以说是瞬间。传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，而LED灯具在一定范围(电压可调8O一245 V)的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。
LED与传统灯管相比不存在发光丝容易烧坏、光衰等缺点，其寿命可以达到6～10万 h，比传统照明工具的寿命要高10倍左右。LED的体积小，封装一般用树脂而不是玻璃，不易损坏。LED 灯的实验室寿命可达 100000h，正常使用可达 50000h以上，而且只要在额定电流范围内，频繁开关电源或通过控制系统调节电流，对 LED寿命无影响。
发光二极管的亮度极高，它可以适用于交通灯及防雾灯等。由于LED 光源工作电流可以控制，所以通过电路设计，做成的灯具的亮度也是可以控制的，可实现灯光控制的智能化。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
显色性是指光源对物体本身颜色显示的程度。LED灯的显色指数高达 75%一90%，非常接近自然光。在 LED 灯的照射下，人们可以比较容易识别物体的颜色，适合在商品柜台、医院手术台、美术室以及室内照明、室外道路照明等场所使用。LED灯的光色可人为控制，可以通过配光满足不同照明领域的需求。
LED为全固体发光体，不含汞、钠等危害健康的物质。废弃物可以回收，几乎没有污染，并可以安全触摸。是典型的绿色照明光源。
LED使用低压电源，供电电压在6~24V之间。所以它是一个比使用高压电源更安全的光源,特别适用于公共场所。LED 发热量低,几乎无热辐射，能精确控制光型及其发光角度，光色柔和、无眩光。它的内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术的结合。
LED 存在静电群放损害和热膨胀系效等效能瓶颈和散热问题，使其功率不能做得很大，亮度低。目前常用的大功率LED芯片是1w和3w。虽然可以通过集成芯片、多珠 LED 的串、并联或混联实现大功率 LED灯具，但技术方面并不成熟，且后两种效率较低、用的较少。提高 LED 灯具的功率，一是从芯片方面提高功率，另一是优化电路设计提高功率。
温度升高会使 LED 的光衰减加快，而芯片结点处的温度直接影响 LED的寿命，对于小功率 LED，通过自然传导对流的方式就可以把热量散发出去，但对于大功率 LED就要考虑多方面散热，且技术仍不成熟。在散热设计上，通常从led封装散热、电路板散热和增加散热部件等方面考虑。例如，对于大功率 LED路灯，解决散热问题除了 它本身有好的散热结构外，还要把路灯的外壳作为散热的渠道，将壳设计成散热面在侧上方且加散热鳍片以利于空气对流，或是将壳设计成风孔式对流散热，风扇辅助风冷和毛细管水冷等散热方式还在试验阶段。
由于半导体发光二极管结构简单坚固、抗冲击、抗震动、性能稳定安全、材质轻、尺寸小、制造费用较低等特性，因此红外发光管也常被用作电视、录音机等的遥控器中。半导体发光二极管已广泛运用在各类电子仪器、电子设备中用作电源与电平指示灯。
发光二极管具有使用寿命长、功率小、节省能源的优点， 符合节能减排的绿色经济理念，应用于现代城市的照明领域。人们将红、绿、蓝三种颜色的发光二极管组合在一起， 按照不同的发光比例就能够展现出不同的颜色，此外，它也常常被制作成建筑上的诱导灯，作为装饰品安装在大楼上， 从而营造氛围感。国家主要公路的路灯也采用LED灯进行照明， 一些路灯还和太阳能发电技术相结合， 从而节约了大量的能源。
把常见感光二极管组合成矩阵，再制定为大小不一的控制模块，又或把多个感光二极管组合成同一条集束管。再以此来为一组图象，把多个集束管拼接，再搭配上专业的显示屏集成电路，便可形成一套感光二极管显示屏。这种显示屏可以形成各种各样的色彩。
led显示屏按使用环境分为户内、户外显示屏；按颜色又分为单色、双色和全彩显示屏。LED全彩显示屏由RGB三基色LED组成，每基色具有256级灰度、色彩鲜艳、图像逼真，既能显示各种颜色的文字、图形，又能显示3D计算机动画，尤其是能显示高清晰度、色彩丰富的视频动态图像。凭借着上述优势，LED 如今已被广泛应用于市政广场、演唱会、车站、机场等各个重要场所。在这里值得一提的是中国 LED 显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，LED 产业不但在应用技术上取得了巨大的成功，而且在创新能力上也有出色的表现。
背光源通常指的是在电脑手机等较小规格型号液晶显示屏上发光二极管供电的灯源，因为发光二极管具有的环保节能特征，而被普遍作为手机操作面板、语音通话键盘及其拍照闪光灯等。如一部手机，假如使用了发光二极管作为操作面板，节约了能耗，还可以大幅度提高了手机的续航。
在我们日常使用的移动电话中，手机面板、按键、闪光灯已经普遍采用LED来做光源。这使得手机电池的待机时间增加，使用更加方便。随着科技的发展，手机价格越来越低，而一部手机平均要用几十个表贴型LED，也就意味着仅手机市场对LED的需求就达到了上百亿个，由此可见，LED用于手机方面的节能相当可观。此外，在笔记本背光源领域，LED也已逐渐取代冷阴极管背光源而成为主流。据报道，采用LED替代原来的冷阴极光管，经测试，新的笔记本电脑比传统的笔记本节电约48%，同时不含对身体健康、环境有害的重金属汞，而且LED背光源产品价格与CCFI背光模块相差不大，符合时下的消费需求。
由于LED反应速度比传统白炽灯快一个数量级，相比传统白炽灯可以给后车增加0.3秒的反应时间，可以大大降低追尾事故的发生，LED被应用在高位刹车灯上。同时中国也规定，上高速公路的汽车必须按照安装LED雾灯。在汽车照明领域，前大灯、仪表指示灯、车内照明灯、尾灯等都可以用LED取代。LED灯在汽车照明的优势就是可以制作成任何形状，同时它的寿命往往超过汽车使用寿命，不需要更换。
光通信技术是利用LED能够快速切换、易调制的特点，将信号经过器件调制，发出人眼无法察觉到的高速调制光载波信号在空气中自由传播，最后经过光电二极管等光电转换器件接收、再生、解调信号来实现信息传递。可以应用于某些转动机构的信息传输上，比如航空中用到的某些旋转拍照的相机、无线信号传输器等。光纤入户，实现了电视、电话和互联网三网的融合，在这个过程中，就需要大量的收发、交换和开关器件，而光信号发生器给LED带来一个爆发性的增长。
由于LED具有表面温度相对较低、寿命长、光谱可调、以及散热较快等特性，作为补光光源，能够大幅降低在空间培养植物所用的总功耗。研究表明，与荧光灯相比，红蓝光比例高的LED会导致拟南芥提早开花和水稻叶片的早衰，同时，在设计空间植物培养箱的LED光照系统时，红蓝光的比例选择是关键。
单晶和外延属于LED产业链的上游，属于资本、技术密集型的领域。LED发光颜色和发光效率与制作LED的材料和制程有关，且上游占LED制造成本的70%左右，对LED产业极为重要。
蓝宝石衬底晶片是一种重要的光学材料，已被广泛应用于LED照明行业。LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
蓝宝石衬底晶片代表企业主要有：福建省晶安光电有限公司、浙江水晶光电科技Inc.、云南蓝晶科技股份有限公司、青岛鑫嘉星电子科技股份有限公司、天通控股有限公司等。LED外延片代表企业主要有：日亚化工(株)、丰田汽车合成(株)、Luileds、GELcore 、大洋日酸、Cree、Osram、三菱、乾照光电、广东省德豪润达电气股份有限公司等。
在LED照明产业链中，中游LED芯片的生产是LED的关键技术，技术含量高，设备投资强度大，同时利润率也相对较高，是典型的资本、技术密集型行业。目前全球LED芯片以日本、欧美厂商为代表的第一阵营；以韩国和中国台湾厂商为代表的第二阵营；以中国大陆厂商为代表的第三阵营。
中国LED芯片产业主要以广东、福建为主。其中，广东芯片厂主要分布在深圳市、东芝、广州市以及江门市等四个城市。福建是中国LED芯片生产重地，主要芯片城市为厦门市、泉州市以及福州市。
LED芯片的主要生产企业有：日亚、丰田合成、东芝、惠普、欧司朗、飞利浦、晶元光电股份有限公司、光宏、郑州光磊电子产品有限公司等。
LED下游应用主要包含；通用照明、背光、景观照明、显示屏、汽车照明、信号及指示等领域，其中通用照明市场占比最高。随着LED产品在下游各领域应用渗透率的不断提升，中国LED应用场景不断拓展，市场规模持续增加。
日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位。在蓝色、白色LED市场遥遥领先于其他同类企业。它以蓝色LED的开发而闻名于全球，与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。在该公司LED的生产当中，70%是白色LED，主要有单色芯片型和RGB三色型两大类型。此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝色LED和紫外线LED两种产品的厂商。
创建于1999年，是安捷伦科技和飞利浦照明的合资公司，Lumileds照明是世界著名的LED生产商，在包括自动照明、计算机显示、液晶电视、信号灯及通用照明在内的固态照明应用领域中居领先地位。该公司获得专利的Luxeon是首次将传统照明与具有小针脚、长寿命等优点的LED相结合的高功率发光材料。是世界上最亮的红光、琥珀光、蓝光、绿光和白光LED生产商。
GELcore是GE照明与EMCORE公司的合资公司，创建于1999年1月，总部位于美国新泽西州。GELcore现有的产品包括大功率LED交通信号灯、大型景观灯、其他建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合，GELcore加快了LED技术的应用并创造了世界级的LED系统。
研制开发并生产基于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、硅(Si)和相关化合物的材料与设备。该公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光LEDs，近紫外激光、射频和微波半导体设备，电源转换设备和半导体集成芯片。这些产品的目标应用包括固态照明、光学存储、无线基础和电路转换等。
发光二极管除了在传统显示、照明、背光源等领域有突出表现外，经过不断地摸索，在其它方面也有一定的发展空间。
地面太阳辐射受大气层、时间、地理、气候等环境因素影响，很难及时获得稳定的、可重复的、可控的阳光，无法满足定量实验、仪器标定、性能测试等要求。因此，常采用太阳模拟器作为模拟太阳辐射物理特性与几何特性的实验或定标设备。发光二极管以其高效环保、安全稳定逐等特点渐成为太阳模拟器的热点光源。目前，LED太阳模拟器主要实现了特定平面上的3A特性以及变化的地面太阳光谱的模拟。
发光二极管节能环保、使用寿命长、直流驱动可回收再利用，太阳能绿色环保无污染，太阳能电池提供的电压是直流电压，若把太阳能与 LED灯结合起来使用，LED 灯具在应用中就不再需要将交流电变为直流电，不仅使用更方便，我们的社会能源问题和环境污染问题也将会得到改善。所以将 LED 与太阳能结合起来可能是将来照明事业的必然之路。
新加坡麻省理工学院研究与技术联盟的研究人员开发出了世界上最小的发光二极管，发射面积不到0.14平方微米，是已知同类元件中最小的。这种新型发光二极管能被用来制造世界上最小的全息显微镜，也可以通过修改芯片和软件，将现有移动电话等设备中的摄像头转换为高分辨率的显微镜，具有良好的发展空间。
和传统发光二极管相比，有机发光二极管具有对比度高、超薄以及可弯曲等优点，可以解决传统有机发光二极管发光效率不高的问题。例如，在有机发光二极管无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板（或柔性有机基板），电流通过涂层或基板即可发光，这些特征使该种二极管在平面显示器的应用上显得非常突出。不过有机发光二极管因有机体本身的寿命受限问题，通常只能使用 5000小时， 这间接增加了它的成本，并且有机发光二极管的面板生产的难度也较高，因此价格较昂贵，未来需要更大技术突破。
与传统发光二极管相比，钙钛矿量子点可以通过多种无机化合物材料来合成，成本较低。同时，钙钛矿量子点发光二极管的显示器在色彩控制的精确性、红绿蓝色彩纯净度、色域覆盖率等方面全面升级，能够更加还原色彩的真实度。
微发光二极管是在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列，阵列中的每个 LED 微晶单元尺寸小于50纳米，仅为普 通LED的1%，并且可以实现每个图元单独定址和单独驱动发光。其优势在于既有传统发光二极管的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，又具有自发光无需背光源的特性，体积小、轻薄，还能轻易实现节能的效果。但目前它的生产技术并不成熟，因现有的微发光二极管商品屏幕宽度大多达到 2.54米及以上，很多家庭和办公室无法提供 如此大的面积，并且其价格也让人望而却步。
LED照明技术在中国应用的尤为广泛、占比较多，且已经具备了相对完备的产业链体系，行业逐步进入了国家高新技术产业，并实现了中国在LED灯饰产业上的基本竞争力。但是，现在与发达国家相比，中国的LED产业仍然有不足。
中国的LED照明产品有着较为完备的体系与生产链。在LED行业发展的前数十年里，生产LED的企业已有两千七百多个，同时随着产业的高速发展，也聚集了不少风险资产，这对于中国经济的发展有着很重要的帮助。近年来，随着国民社会对这项科技的重视，越来越多的科技人才由高校走向了工厂，同时，在提高行业人员的综合素质的同时，也为产业发展提供了良好的条件。
中国LED灯饰行业已经形成了由国家驱动的大型工业区分布。通过建设已开发城市的LED工厂，也促进了其他行业的发展。同时人民生活质量的提高，在LED市场经济发展中也产生了很好的辅助效果。由于中国已经确立了在世界经济的主体地位，中国产品的海外需求大大拓展了这个市场，也推动了LED行业的发展。
据统计，2018年仅LED灯饰行业的市场需求就达五百三十亿元人民币。中国资源的现状是照明工业发展的重要基础，人力资源和原料是这个产业发展的重要条件。正如人们所知道的，中国有着巨大的人口数量和广袤的领土，为在中国制造产品时提供了最大的保障。
LED行业属于高新技术行业，随着中国科技的发展与进步，高新技术领域的应用也日渐普遍。所以，该行业的技术提升特别关键。由于部分国家LED照明技术的长期垄断，中国只能进口其核心技术来进行制造。因此，新技术的研究开发是改善中国立业经济最重要的课题。随着时代的发展，LED照明技术的应用越来越引人注目，如何满足客户的需求成为这个行业经常最被讨论的问题。
由于现在缺乏严格的产品质量标准，市场上存在一些副标准产品，严重威胁消费者的人身安全，最终导致消费者对LED市场失去信心。另外创造团队也不够专业，在国家对产业的支持和企业的优先补助政策下，很多人认为可以获得丰富的利益，然后盲目地继续趋势。由于缺乏基础知识、不完整的创造团队和无资质的技术，所制造出的产品无法满足相关企业对产品质量的预期。