發(fā)光二極管(LED),發(fā)光二極管(LED)的原理和作用是什么?

發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光原理可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來(lái)解釋：當(dāng)導(dǎo)帶中的電子與價(jià)帶中的空穴復(fù)合時(shí)，電子由高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，電子將多余的能量以發(fā)射光子的形式釋放出來(lái)，產(chǎn)生電致發(fā)光現(xiàn)象。

發(fā)光二極管LED（Light Emitting Diode）是一種冷光源，輻射主要集中在可見(jiàn)光區(qū)，幾乎不產(chǎn)生熱，也消除了非可見(jiàn)光區(qū)電磁波對(duì)人體的危害。與熒光燈相比，白光LED的制造與使用過(guò)程都不會(huì)引入汞的污染;與疊有許多線裝光譜的熒光燈光譜相比，白光LED的連續(xù)光譜更接近自然光;白光LED能耗僅為白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一;白光LED的壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，是傳統(tǒng)熒光燈的50-100倍，這些對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源具有重要意義。

發(fā)光二極管（LED)由于具有功耗低、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)和相應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，早己廣泛應(yīng)用于儀器儀表、計(jì)算機(jī)、汽車、電子玩具、通訊、自動(dòng)控制、軍事等領(lǐng)域。自從上世紀(jì)90年代，國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)出四元系(AIGaInP)的紅、橙、黃光和氮化驚(GaN)基的藍(lán)、綠、紫外光的高亮度發(fā)光二極管(High Brightness Light Emitting Diode簡(jiǎn)稱HB-LED )，為L(zhǎng)ED的應(yīng)用開(kāi)辟了巨大的新市場(chǎng)。隨著LED材料的革新、工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的提高，LED的光效將提高、價(jià)格將下降，可以預(yù)測(cè)到LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣，將真正替代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源，成為新一代的綠色光源，其在照明市場(chǎng)的潛力將是不可估量的。特別是隨著第三代半導(dǎo)體材料GaN的突破和藍(lán)、白光發(fā)光二極管的問(wèn)世，繼半導(dǎo)體技術(shù)引發(fā)微電子技術(shù)革命之后，一場(chǎng)以半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)的興起為標(biāo)志的新的產(chǎn)業(yè)革命----照明革命正在孕育和發(fā)展。

　發(fā)光二極管(LightEmittingDiode,LED)，是一種半導(dǎo)體組件。初時(shí)多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光LED的出現(xiàn)，也被用作照明。它被譽(yù)為21世紀(jì)的新型光源，具有效率高，壽命長(zhǎng)，不易破損等傳統(tǒng)光源無(wú)法與之比較的優(yōu)點(diǎn)。加正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管能發(fā)出單色、不連續(xù)的光，這是電致發(fā)光效應(yīng)的一種。改變所采用的半導(dǎo)體材料的化學(xué)組成成分，可使發(fā)光二極管發(fā)出在近紫外線、可見(jiàn)光或紅外線的光。1955年，美國(guó)無(wú)線電公司（RadioCorporationofAmerica）的魯賓?布朗石泰（RubinBraunstein）（1922年生）首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵(GaAs)及其它半導(dǎo)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（NickHolonyakJr.）（1928年生）開(kāi)發(fā)出第一種實(shí)際應(yīng)用的可見(jiàn)光發(fā)光二極管。
　　LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。
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)先通過(guò)注入或摻雜等工藝以產(chǎn)生pn結(jié)結(jié)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(yáng)極）流向n極（負(fù)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pn結(jié)。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)以光子的方式釋放出能量。
　　它所發(fā)出的光的波長(zhǎng)，及其顏色，是由組成pn結(jié)的半導(dǎo)體物料的禁帶能量所決定。由于硅和鍺是間接禁帶材料，在這些材料中電子與空穴的復(fù)合是非輻射躍遷，此類躍遷沒(méi)有釋出光子，所以硅和鍺二極管不能發(fā)光。發(fā)光二極管所用的材料都是直接禁帶型的，這些禁帶能量對(duì)應(yīng)著近紅外線、可見(jiàn)光、或近紫外線波段的光能量。
　　在發(fā)展初期，采用砷化鎵(GaAs)的發(fā)光二極管只能發(fā)出紅外線或紅光。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，人們已經(jīng)制造出可發(fā)出更短波長(zhǎng)的、各種顏色的發(fā)光二極管。
　　以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色：
　　鋁砷化稼(AlGaAs)-紅色及紅外線
　　鋁磷化稼(AlGaP)-綠色
　　aluminiumgalliumindiumphosphide(AlGaInP)-高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色
　　磷砷化稼(GaAsP)-紅色，橘紅色，黃色