LED发光二极管的工作原理 传统电光源不论是白炽灯还是高、低压气体放电灯,都是由一个玻壳和一根灯丝组成,电能通过灯丝进入灯泡转换为光能。 LED是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体组件,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,属于冷光发光。其发光原理跟激光的产生相似,利用二极管内分离的2个载子(分别为负电的电子与正电的电洞)相互结合而产生光。 激光的原理:一个原子中的电子有很多能级,当电子从高能级向低能级跳变时,电子的能量就减少了,而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。

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LED原理类似,但不是通过原子内部的电子跃变来发光的,而是通过将电压加在LED的PN结两端,使PN结本身形成一个能级(实际上,是一系列的能级),然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。因其使用的材料不同,LED内电子、电洞所占的能阶也有所不同,能阶的高低差影响结合后光子的能量,而产生不同波长的光,也就是不同颜色的光,如红、橙光、黄、绿、蓝或不可见光等。 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。 在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1所示。

假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即λ≈1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光),半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。