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p-n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。

1、電壓：LED[1]使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據產品不同而異,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。

2、效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 。

3、適用性：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,并且適合于全彩led屏易變的環境。

4、穩定性：10萬小時,光衰為初始的50%。

5、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。

6、對環境污染：無有害金屬汞。

7、顏色：改變電流可以變色,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帶隙,實現紅黃綠藍橙多色發光。如小電流時為紅色的LED,隨著電流的增加,可以依次變為橙色,黃色,最后為綠色。

8、價格：LED的價格比較昂貴,較之于白熾燈,一只LED的價格就可以與幾只白熾燈的價格相當,而通常每組信號燈需由上300～500只二極管構成。

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。

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。

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。

白光LED

對于一般照明而言,人們更需要白色的光源。1998年發白光的LED開發成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。 GaN芯片發藍光（λp=465nm,Wd=30nm）,高溫燒結制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發后發出黃色光發射,峰值550nm。藍光 LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹脂薄層,約200-500nm。 LED基片發出的藍光部分被熒光粉吸收,另一部分藍光與熒光粉發出的黃光混合,可以得到得白光�，F在,對于InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG 熒光粉的化學組成和調節熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。

表一列出了目前白色LED的種類及其發光原理。目前已商品化的第一種產品為藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉,其最好的發光效率約為25流明/瓦, YAG多為日本日亞公司的進口,價格在2000元/公斤；第二種是日本住友電工亦開發出以ZnSe為材料的白光LED,不過發光效率較差。

從表中也可以看出某些種類的白色LED光源離不開四種熒光粉：即三基色稀土紅、綠、藍粉和石榴石結構的黃色粉,在未來較被看好的是三波長光,即以無機紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉,用于封裝LED白光,預計三波長白光LED今年有商品化的機機會。但此處三基色熒光粉的粒度要求比較小,穩定性要求也高,具體應用方面還在探索之中。

廣泛應用于：政府廣場、國慶慶典、休閑廣場、大型娛樂廣場、繁華商貿中心、廣告信息發布牌、商業街、火車站、候車室、演藝中心、電視直播現場、展覽場館、演唱會現場等場所。

專用驅動芯片的主要參數和發展現狀

專用驅動芯片具有輸出電流大、恒流等基本特點,比較適用于要求大電流、畫質高的場合,如戶外全彩led顯示屏、室內LED顯示屏等。專用驅動芯片的關鍵性能參數有最大輸出電流、恒流源輸出路數、電流輸出誤差(bit to bit,chip to chip)和數據移位時鐘等。

1、最大輸出電流

目前主流的恒流源芯片最大輸出電流多定義為單路最大輸出電流,一般90 mA左右。電流恒定是專用芯片的基本特性,也是得到高畫質的基礎。而每個通道同時輸出恒定電流的最大值(即最大恒定輸出電流)對LED屏更有意義,因為在白平衡狀態下,要求每一路都同時輸出恒流電流。一般最大恒流輸出電流小于允許的最大輸出電流。

2、恒流輸出通道

恒流源輸出路數有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)兩種規格,現在16位源占主流,其主要優勢在于減少了芯片尺寸,便于LED驅動板(PCB)布線,特別是對于點間距較小的LED驅動板更有利。

3、電流輸出誤差

電流輸出誤差分為兩種,一種是位間電流誤差,即同一個芯片每路輸出之間的誤差;另一種是片間電流誤差,即不同芯片之間輸出電流的誤差。電流輸出誤差是個很關鍵的參數,對LED屏的均勻性影響很大。誤差越大,顯示屏的均勻性越差,很難使屏體達到白平衡。目前主流恒流源芯片的位間電流誤差(bit to bit)一般在+60%以內,(chip to chip)片間電流誤差在±15%以內。

4、數據移位時鐘

數據移位時鐘決定了顯示數據的傳輸速度,是影響顯示屏的更新速率的關鍵指標。作為大尺寸顯示器件,顯示刷新率應該在85 Hz以上,才能保證穩定的畫面(無掃描閃爍感)。較高的數據移位時鐘是顯示屏獲取高刷新率畫面的基礎。