LED（Light Emitting Diode），中文名為發光二極管，它同時具備兩種性能：一是二極管的單向導電性，二是正向導通時會發光。現代電子產品中隨處可見它的光芒，它在你的電腦前面板上閃爍，它在你的右手下方為你的光電鼠標指明了方向，它是黑暗中新型手電里的一束光，它們中的一群組成了廣場中央的電視墻。現在就讓我們走進它的世界，了解它的歷史，應用它的力量。

    話要從頭說起，作為一名電子愛好者不只是學習技術上的知識，同時也應該了解電子行業的歷史和發展，必竟我們屬于這個群體，我們不應該忘記前輩們的努力。我花了九牛二虎之力，找到并整理了LED發展的歷史資料，希望大家從中能概括了解LED在一個世紀中的演變。

    1907年，英國馬可尼(Marconi)實驗室的科學家Henry Round第一次推論半導體PN結在一定的條件下可以發出光。這個發現奠定了LED被發明的物理基礎。

    1927年前后，俄國科學家奧列弗拉基洛謝夫（Oleg Vladimirovich Losev）獨立制作了世界上第一顆LED，其研究成果曾先后在俄國、德國和英國的科學雜志上發表，可惜當時并沒有人理睬他。天意弄人，1942年，39歲的洛謝夫在列寧格勒城被德軍封鎖時因饑餓而死。后來這段故事淡出了歷史舞臺，并把LED的“發明權”讓位給了美國人尼克·何倫亞克。

    1955年，美國無線電公司（RadioCorporation of America）33歲的物理學家魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）首次發現了砷化鎵(GaAs)及其他半導體合金的紅外放射作用并在物理上實現了二極管的發光，可惜發出的光不是可見光而是紅外線，但這個貢獻也很大了。1961年，德州儀器公司（TI）的科學家鮑勃·布萊德（Bob Biard）和加里·皮特曼（Gary Pittman）發現砷化鎵在施加電子流時會釋放紅外光輻射。他們率先生產出了用于商業用途的紅外LED并獲得了砷化鎵紅外二極管的發明專利。不久，紅外LED就被廣泛應用于傳感及光電設備當中。現在我們家里的電視機遙控器就是用紅外LED來實現遙控的。

    1 9 6 2 年， 美國通用電氣公司（GE）一名34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）發明了可以發出紅色可見光的LED，他的名字也隨LED的紅光一起紅了起來。因為何倫亞克的發明后來得到了廣泛的應用，所以一般稱他為“發光二極管之父”，后來也獲得了N多獎項。當時的LED還只能手工制造，而且每只的售價需要10美元。1963年，他離開通用電氣公司，出任其母校美國伊利諾大學電機工程系教授，培養自己的接班人去了。

    果然名師出高徒，1972年，何倫亞克的學生喬治·克勞福德（M. GeorgeCraford）踏著前輩們的腳步發明了第一顆橙黃光LED，其亮度是先前紅光LED的10倍，這標志著LED向著提高發光效率方向邁出的第一步。克勞福德現在任職飛利浦Lumileds公司技術總監，算是功成名就見好就收了，把更多的機會留給了下一代兒童。

    到了20世紀70年代末期，LED已經出現了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色，但依然沒有藍色和白色光的LED。因為只有發明出藍光LED才可能實現全彩色LED顯示，藍光LED的市場價值巨大，也是當時世界性的攻關難題。科學家們轉而將重點放在了提高LED的發光效率上面。20世紀70年代中期，LED可產生綠、黃、橙色光時，發光效為1流明/瓦，到了20世紀80年代中期對砷化鎵和磷化鋁的使用使得第一代高亮度紅、黃、綠色光LED誕生，發光效率已達到10流明/瓦。

    1993年，在日本日亞化工（NichiaCorporation）工作的、39歲的中村修二（Shuji Nakamura）終于發明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業應用價值的藍光LED。憑借此項發明，他榮獲2006年千禧科技獎，這相當于科技界的諾貝爾呀！不久后，人們在藍光LED的基礎上加入黃色熒光粉，就可以得到白色光LED，利用這種熒光粉技術可以制造出任何顏色光的LED（如紫色光和粉紅色光）。藍色和白色光LED的出現拓寬了LED的應用領域，使全彩色LED顯示、LED照明等應用成為可能。中村修二現在任職美國加州大學教授，因為和日亞化工在專利權問題上打官司賺了一大筆錢，現在算是名利雙收了。看來有重大發明的人，后來的下場都很不錯，除了可惜的洛謝夫。

    21世紀初，LED已經可以發出任何可見光譜顏色的光（還包括有紅外線和紫外線）。其發光效率已經達到100流明/瓦以上。也許正在你閱讀這篇文章的時候，就有一款更高性能的LED產品問世。從1907年半導體PN結發光理論的提出，到今天LED技術的無處不在，期間經歷了整整一個世紀。在這個LED的世紀里，有不計其數的研究人員為LED的發展付出了心力，LED所帶來的經濟效益和科技發展是無比巨大的。當我們有幸在電子市場可以花幾毛錢買到一款LED的時候，請別忘記前輩們的卓越貢獻。

    突然你眼前跳出一位阿姨，微笑著問你需要什么，兩旁是密密麻麻、各式各樣的元器件。你說你想買LED，她會問你是不是要發光二極管呀？要什么型號的？什么顏色的？國產的還是進口的？φ 3還是φ 5的？普通的還是高亮的？1W的還是3W的？單色的還是雙色的？共陰的還是共陽的？紅發紅的還是白發紅的？貼片的還是直插的？……如果你面對這一大堆問題而回答不知道的話，她一定會白你一眼然后對你說：“你還是先去看一下杜洋寫的《LED總結報告》之后再來買吧！”

    是呀，如果你真的不清楚，你是應該仔細看看我下面的文章。LED發展到今天，已經形成許多種類和規格，本文我將選取市場上常見、愛好者常用的LED產品來詳細介紹一下，希望對初學者有所幫助。LED的化學材料、生產工藝等內容因為與實際應用涉及不多，所以本文不作介紹，有興趣的朋友請參考其他資料。

    LED的核心只是一個小小的PN結，普通的LED的核心只有一粒沙子的大小。而我們在市場上買到的LED已根據不同應用需要而外加了封裝。最常用的LED封裝形式有兩種——直插式和貼片式（SMD），其中直插式的目前應用最廣，以至于有些愛好者一提到LED就馬上想到高高的草帽下面長著兩條腳的東西。但隨著貼片技術的發展，產品不斷精小化之后，貼片LED封裝將會成為主流。

    1. 直插式LED—始終很流行，從未被取代

    常用的直插封裝LED規格有φ 3、φ5、φ8、φ10，指的是直插式LED帽身的直徑尺寸（單位是mm）。其中最最常見的是φ 5型LED產品。因為直插式LED的造型是根據最終產品需要的LED指示燈在外殼上的孔徑大小決定的，所以你在選擇時，要視你的應用來選擇。直插式封裝有幾處設計是用來在外觀上區分LED極性的。如圖5所示，單色直插式LED帽沿的切邊一面下方的引腳是LED的負極；在未焊接之前，引腳短針一邊是LED的負極；單色直插式LED的外殼顏色一般有帶顏色的和透明的兩種例如一款紅色光直插式LED，如果外殼也是紅色則稱為紅發紅LED，如果外殼是透明的則稱為白發紅LED。依此說法就有了綠發綠、白發綠、白發藍、白發白等規格。有色外殼一般直接用作指示燈，透明外殼多用于聚光照明或需要光學傳導的場合。臺式電腦機箱上的電源指示燈是有色外殼，光電鼠標底部的紅光LED是透明外殼的，因為LED前面還有一塊折射鏡結構的組件，將光導向指定的區域。

    2. 貼片式LED——微型電子產品的必備之物

    常用的貼片式LED封裝規格有0603、0805、1206，指的是貼片LED基座PCB板的長寬尺寸，如0805指貼片LED的基座PCB板的長寬尺寸是2.0×1.25（單位是mm），詳見表1。

    因為貼片LED是直接貼裝在電路板上，不能延伸到外殼上，需要由導光組件將光引導至外殼上指定位置，所以一般的貼片LED封裝都是透明殼體。還有一些設計者把貼片LED排成陣列來制作小型的LED顯示屏，這也是一種用法。單色貼片LED封裝中，有綠色（或藍色）小點的一側引腳為LED的負極，如圖5所示。

    3. LED顯示屏——動靜“顯”中求

    前面所講的是將LED封裝成點光源，用于照明和狀態指示。下面介紹幾種常見的將LED封裝成陣列，用于信息顯示的器件。許多初學者朋友都會在LED數碼管和點陣屏的原理上暈倒，所以下面我重點介紹一下它們。

    首先我們來說一下LED數碼管，這是我小時候最早見過的LED顯示器件，還記得那是在一臺水泥攪拌機的控制面板上，一個會發光的數字吸引了我，我驚奇地發現就在那7個條條所組成的“8”字上，可以顯示出從“0”到“9”十位數字，發明這個的人簡直太有才了。后來才知道，我看到的那種叫LED八段數碼管（其中七段顯示數字，一段顯示小數點），除了數字之外還可以顯示A、b、c、d、E、F等英文字母，如圖6所示。后來又知道了還有一種17段數碼管可以顯示數字、字母和特殊符號，我見過用17段數碼管作為顯示屏的“大哥大”，現在想起來挺搞笑的。LED數碼管從段碼數量上分為7段、8段、15段和17段；從位數上分有1位、2位、4位、8位等；從極性上分為共陰型和共陽型，從顯示方式上可以分為靜態顯示和動態顯示，從顏色上分為單色、雙色和三色等，從尺寸上分類則各式各樣、應有盡有，如圖7所示。

    LED數碼管不管是多少位連在一起的，都會有一個共陽或共陰的問題。如圖8所示，為了節約數碼管模塊的引腳數量，就將每一個段碼的所有陽極或陰極并聯在一起，形成一個公共的陽極或陰極。在制作電路和購買元器件的時候一定要了解你所用的數碼管是共陽還是共陰。如果購買2位或2位以上的數碼管時，除了極性問題外還要考慮驅動方式的問題。我們以共陽的數碼管為例，將2個共陽數碼管的陽極端并聯在一起，把每個數碼管的所有段碼的陰極都引出來，這樣就形成了靜態顯示所需要的數碼管結構，如圖9所示。靜態顯示方式適合在采用數字集成電路來驅動顯示的電路中使用，只要將共陽極接到電源上，然后分別用數字集成電路來控制各段碼的陰極接地，就可以實現數字的顯示了。還有一種顯示方式，是將各對應段碼的陰極并聯在一起，而將每個位碼的公共端陽極分開（VCC1、VCC2）。如圖10所示，當希望第1位數碼管顯示數字“3”的時候，只要在VCC1端加高電平（VCC2端斷開），并在公共陰極端對應“3”的段碼（a、b 、c 、d 、g ）接地即可。當希望第2 位數碼管顯示數字“ 7 ”的時候，只要在VCC2 端加高電平（ VCC1 端斷開），并在公共陰極端對應“7”的段碼（a、b、c ） 接地即可。當用單片機或其他處理器控制，將切換速度變得足夠快時， 我們的眼睛就會感覺“3”和“7”是同時顯示的了。因為這種顯示方式需要高速的切換顯示，所以得名“動態顯示”，相對的前一種方式被稱為“靜態顯示”。動態顯示方式不論是多少位的數碼管，在同一時間內只有其中一位被點亮，所以比較省電。但卻需要高速度的電路來驅動，不過在單片機技術盛行的今天，用單片機或是專用的動態顯示驅動芯片來驅動數碼管已經不是問題（常用的LED數碼管顯示驅動芯片有MAX7219、CS7219等）。注意在購買數碼管時要問清數碼管的公共極性，第一次使用的數碼管應先用萬用表測試各段碼和引腳的對應關系。

    下面說說LED點陣屏，LED點陣屏由多只LED以陣列的形式封裝在一塊平面上，通過對應點的點亮和熄滅來組合出各種字符和圖形，如圖11所示。它的應用就很常見了，比如城市廣場上經常會看到的電視墻、地鐵和公共汽車上的信息顯示屏，都是使用LED陣列顯示屏模塊組成的。LED點陣屏有各種顏色（常用的有紅色、綠色、藍色），也分為單色、雙色（常見的是紅、綠組合）、三色（紅、綠、藍組合實現全彩顯示），有普通亮度和高亮度之分。尺寸規格一般按LED點陣屏中各點的直徑區分，常用的單點直徑有3.0mm、3.75mm、5.0mm等。同一模塊上的點陣數量的不同也可分為8×8點、16×16點、5×7點等等。如圖12所示，是單色LED點陣屏的內部結構，圖中可以看出LED在內部的連接也是以陣列的方式連接，這種連接方式適合采用遂行掃描的方式來實現顯示。LED點陣屏的驅動，也是單片機初學者必修的一課。當初我在學習單片機的時候，最有興趣的就是LED點陣顯示屏的制作，于是看了下它的結構和原理之后就去電子市場買件了。還是那個微笑的阿姨，我說想買一款8×8、單紅色、普通亮度、φ 3.0mm的點陣屏。沒想到她問我是共陰還是共陽的。我暈，我看過點陣屏的結構原理，它是陣列式接線方式，沒有分共陰和共陽呀！我吱吱唔唔半天說不出話來。還算我聰明，最后說共陽和共陰的各買一片。也好回去研究一下是怎么回事。結果發現是一樣的，我又一次暈倒。后來經過高手的指點才明白，LED點陣屏所謂的共陰和共陽是指雙色和三色屏來說的，因為雙色和三色屏需要在同一個點里多出1或2個顏色的LED，為了節省引腳數，就將同一點里的多個顏色按共陽或共陰方式并聯，如圖13所示。而單色屏因為沒有公共端，所以不存在這個概念，如圖14所示。原來阿姨也不太明白，改天告訴她一下。

    LED點陣屏的驅動方式和LED數碼管動態顯示的方式很相似。我們以8行×8列的LED點陣屏為例，當8行全部接入高電平，8列全部接地時，LED點陣屏上的所有點點亮。當我們只將第1行接入高電平，8列全部接地，則只有第1行的8個LED點亮。如果我們在這時只希望第1行的前4列點亮，就可以將前4列引腳接地，后4列引腳斷開。按照動態顯示的原理，要顯示第2行的信息時，就將第2行對應的列引腳接地或斷開，依此類推就可以任意控制8行、8列的64個LED的點亮和熄滅，當切換顯示的速度足夠快時，眼睛就會感覺所有點亮的LED是同時顯示的。這種顯示方式同樣需要高速的單片機來實現動態切換，行列數量越多，需要的處理速度就越快。LED點陣屏封裝的后面引腳數量不一，一般的8×8單色點陣屏有16個引腳（8個行引腳和8個列引腳），如圖14所示。8×8雙色共陰或共陽的點陣屏有24個引腳，如圖13所示。LED點陣屏的引腳在封裝上并不是按行列順序排列的，所以在初次使用某一型號的LED點陣屏之前，應向商家索取LED點陣屏的資料。如果不是專業賣LED點陣屏的商家可能也沒有什么資料，那就要靠我們自己靈巧的雙手和萬用表來測試了。以數字萬用表為例，把萬用表調整到二極管測試擋，將紅表筆放在某個引腳上，黑表筆分別按順序接在其他各引腳上測試，同時觀察LED點陣屏是否有某點被點亮。如果發現沒有任何LED被點亮，則調換紅、黑表筆再如法炮制。如果發現有LED被點亮，則這時紅、黑表筆對應的引腳正是被點亮LED所在的行列位置及正負極關系。把這個對應關系記下來，再測試下一個引腳。最后你會得到一張圖表，如圖13和14所示，黑色圓圈里的數據是引腳編號，它們和行、列的對應關系就一目了然了。雙色屏的測試也是一樣的方法，只是多了一個共陰、共陽關系而已。如圖15（a）所示，大功率LED器件是目前新興的LED產品，主要被用在照明方面，希望可以打造新型的節能照明產品。目前這項技術還不是很成熟，主要是因為大功率LED雖然亮度高，但是發熱量也大，價格也比較貴，除了高品質的大功率LED外，普通的大功率LED在同等亮度的情況下，其節能效果還不如熒光管節能燈。人們主要看重的還是它的體積小、壽命長、環保和性能不斷提高等特點。由于全球正在逐步禁止白熾燈泡的使用，所以LED成為未來照明新光源的發展潛力不容小視。

    目前在電子市場上可以買到各種型號和規格的大功率LED，有0.5W、1W、3W、5W、10W等，顏色也是五彩斑斕的，最常見的還是白色光的。大功率LED是比較難伺候的，我們要考慮散熱問題、驅動電路問題和光線處理問題。要想弄明白，就得再寫一篇文章來細談了，這里僅簡單介紹一下。

    大功率LED的散熱問題是很重要的，散熱問題處理不好就會大大降低LED的使用壽命，所以需要給LED加裝散熱片。可能有的朋友不理解了，LED不是不會發熱嗎？怎么會有散熱的問題呢？是的，普通的LED是不存在散熱問題的，而大功率LED就不同了，因為里面復雜的一大堆技術原理推導出來的結論是大功率LED會發熱，而且不及時散熱就會影響壽命。如圖15（b）所示，像日本電影中黑衣忍者甩出的飛鏢一樣造型的東西就是LED的散熱片，大功率LED封裝的底部金屬基座與散熱片緊密連接，散熱片上還有一片簡單的PCB結構，用來焊接LED引腳和接線焊盤。就一般環境下的使用而言，加裝了這種散熱 片之后，就可以解決散熱問題，下面還要考慮的是驅動問題。普通的LED只需要保證1.4～3.8V的驅動電壓，并保證流過LED的電流在10～30mA左右即可（LED生產標準不同，參數也有所不同，此處僅給出一般參數）。而大功率LED的驅動電壓各不相同，有3.8V、12V等，一般多采用恒流源來驅動，市場上已經有成熟的專用于驅動大功率LED的恒流源驅動芯片和電路板產品，根據性能不同，價格在10到50元不等。這部分內容較多，細講起來就得到后半夜了，所以還是留到以后和大家分享吧！

    關于LED的其他介紹

    1. LED與限流電阻

    自從認識LED以來，在每一個有LED的電路中都會發現一只與LED串聯的電阻，經過打聽得知這是一只限流電阻，是為了保護LED不被過高的電流燒壞而設計的。普通的LED應保證其工作在最小驅動電壓值以上，工作電流在10～30mA之間。所以嚴格來講，限流電阻的阻值也是需要計算的。電阻值計算公式是：R =（V CC-V F）/I F，其中V CC為電源電壓，V F為LED正向驅動電壓，I F為LED正向工作電流。例如我們常用的5V電源LED指示燈要用的限流電阻的值是多少呢？假定我們所用的LED正向驅動電壓是3V，工作電流希望保持在20mA，則R =（5V-3V）/0.02A=100Ω。我們到市場上購買阻值為100Ω、功率在1/8W或1/4W的碳膜電阻就可以了。當驅動多只LED的時候，根據串聯或并聯的方式不同，VF或I F需要積加后計算。

    2. LED驅動

    一只LED的驅動是比較容易的事情，只要將LED和限流電阻串聯到電源和控制端即可。而多只LED需要驅動時，控制端口就不能承受如此大的電流了，所以需要為多只LED的應用專門設計驅動電路。如圖16所示是多只LED串、并聯的驅動電路。制作電路時應根據串聯或并聯的LED數量來計算各元器件的參數。

    還有一種情況，是用低電壓來驅動多支白色光LED，這種情況多出現在手機液晶屏背光燈、LED手電照明等電池供電的設備中。因為電池供電設備的電壓低，而白色LED的驅動要求又較高，所以人們多采用專用的LED低壓驅動芯片來實現設計。在《無線電》雜志2009年第1期的手電專題中有這方面的介紹。

    3. LED與溫度

    一般情況下， L E D 的存放溫度在- 4 0 ℃ ～ 8 5 ℃ ， 工作溫度在-20℃～70℃。在焊接LED時最好選擇30W以下的電烙鐵，焊接溫度不得超過300℃，一次焊接的時間不得超過3秒鐘，焊接點的位置至少離膠體外殼2mm以上。貼片LED在焊接時最好不要用熱風槍來焊接或拆卸，不然很容易損壞。

    4. LED的創新應用

    許多電子元器件都具有其原理的反向應用，比如我們發現動圈式揚聲器可以當作話筒，電動機可以當作發電機等等。前不久，我在網上發現了有人竟然將LED當作光電二極管來使用。光電二極管是可以根據外界射入的光線強度而輸出不同阻值的元件。這個創新的設計是將LED與微處理器相連，使LED以高速亮、滅閃爍。在LED點亮時，將LED當作普通的發光二極管使用，微處理器提供電流使之點亮。在LED熄滅時將LED當作光電二極管使用，微處理器中的AD轉換器檢測LED的反向電流大小。當LED陣列屏上沒有非透明物體時，LED（作為發光二極管）點亮時的光不會反射給熄滅狀態時的LED（作為光電二極管）。當LED陣列屏上有非透明物體時，LED（作為發光二極管）點亮時的光將會反射給熄滅狀態時的LED（作為光電二極管），產生反向電流并送到微處理器。物體的反射能力與距離所導致的反射強度也將被送入微處理器。這樣的設計就可以實現用普通LED達到輸入、輸出功能。但該項技術還有待成熟，靈敏度差和環境光線的干擾是需要進一步解決的問題（大家可以到以下鏈接觀看其演示視頻：cs.nyu.edu/~jhan/ledtouch/）。

    5. 特殊LED

    現在市場上的LED產品種類已經豐富到不得了。出現了一些將專用的控制芯片直接和LED封裝在一起，可以實現自動變色、自動閃爍功能的LED產品。通過特殊的導光材料將LED制作成條形、帶形，用來取代傳統的霓虹燈。如圖17所示，將LED鑲嵌在傳統日光燈管中，可以代替傳統的日光燈管。如圖18所示，還有一種有機發光二極管（OLED），它可以實現將發光體制作在很薄的薄膜上，這項技術可以讓未來的顯示器可以像紙一樣折起來放在口袋里，需要用的時候再展開，OLED的前景巨大，但還有待研發。在未來，LED將更小、更亮、更節能，它將會進入到我們生活的方方面面。說不定幾年之后我們就會在家里用著LED的電燈，戴著LED的眼鏡，穿著LED的睡衣，看著LED制作的《無線電》雜志。諸君莫笑，在LED技術高速發展的今天，一切皆有可能！