發光二極管的工作原理，led發光二極管原理 _經驗分享

發光二極管的工作原理是什么，

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發光二極管是單向導電，也就是有正負極的，接反了就不能正常工作了。它和普通燈泡是不一樣的，燈泡是由燈絲把兩個電極連接在一起的，燈絲就可以發光，發光二極管相反，不能連接在一起，它用的是電的感應。燈泡同時也不分正負的。
發光二極管的原理它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。發光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（E－UF）/IF
式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。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PN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。
以下是傳統發光二極管所使用的無機半導體物料和所它們發光的顏色LED材料材料化學式顏色鋁砷化鎵砷化鎵砷化鎵磷化物磷化銦鎵鋁磷化鎵（摻雜氧化鋅)AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO紅色及紅外線鋁磷化鎵銦氮化鎵/氮化鎵磷化鎵磷化銦鎵鋁鋁磷化鎵InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP綠色磷化鋁銦鎵砷化鎵磷化物磷化銦鎵鋁磷化鎵GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色磷砷化鎵GaAsP紅色，橘紅色，黃色磷化鎵硒化鋅銦氮化鎵碳化硅GaP ZnSe InGaN SiC紅色，黃色，綠色氮化鎵(GaN)綠色，翠綠色，藍色銦氮化鎵InGaN近紫外線，藍綠色，藍色碳化硅(用作襯底)SiC藍色硅(用作襯底)Si藍色藍寶石(用作襯底)Al2O3藍色硒化鋅ZnSe藍色鉆石C紫外線氮化鋁,氮化鋁鎵AlN AlGaN波長為遠至近的紫外線白光LED
1993年，當時在日本Nichia Corporation（日亞化工）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業應用價值的藍光LED，這類LED在1990 年代后期得到廣泛應用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可產生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來的。
現時生產的白光LED大部分是通過在藍光LED(near-UV，波長450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當LED芯片發出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬（光譜中心約為580nm）的主要為黃色的光。（實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。）由于黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍光，使它看起來就像白色光，而其的色澤常被稱作“月光的白色” 。這種制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發并從1996年開始用在生產白光LED上。若要調校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。而基于其光譜的特性，紅色和綠色的對象在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那么鮮明。另外由于生產條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統一，從暖黃色的到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。
另一個制作的白光LED的方法則有點像日光燈，發出近紫外光的LED會被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種是發綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂裂化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產生較多熱(因為StokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。最新一種制造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白色光。
極性
發光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。
LED單向導通性
LED只能往一個方向導通（通電），叫作正向偏置（正向偏壓），當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發展民用的去向。
特性
與白熾燈泡和氖燈相比，發光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。由于有這些特點，發光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9，10個阿拉伯數字以及A，B，C，D，E，F等部分字母（必須區分大小寫）。
參數
LED的光學參數中重要的幾個方面就是：光通量、發光效率、發光強度、光強分布、波長。
發光效率和光通量
發光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W 。發光效率代表了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。
發光強度和光強分布
LED發光強度是表征它在某個方向上的發光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。
波長
對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據觀察我國的一些LED信號燈中綠色發藍，紅色的為深紅，從這個現象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。

發光二極管原理【發光二極管的工作原理，led發光二極管原理】發光二極管（LED）是用半導體材料制作的正向偏置的PN結二極管。其發光機理是當在PN結兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子（電子－空穴對）在擴散過程中復合發光，這種發射過程主要對應光的自發發射過程。按光輸出的位置不同，發光二極管可分為面發射型和邊發射型。我們最常用的LED是 InGaAsP/InP雙異質結邊發光二極管。

----發光二極管的發光原理同樣可以用PN結的能帶結構來解釋。制作半導體發光二極管的材料是重摻雜的，熱平衡狀態下的N區有很多遷移率很高的電子，P區有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結阻擋層的限制，在常態下，二者不能發生自然復合。，而當給PN結加以正向電壓時，溝區導帶中的電子則可逃過PN結的勢壘進入到P區一側。于是在PN結附近稍偏于P區一邊的地方，處于高能態的電子與空穴相遇時，便產生發光復合。這種發光復合所發出的光屬于自發輻射，輻射光的波長決定于材料的禁帶寬度Eg，即
λ＝1.24μm?;eV/Eg

----發光二極管具有可靠性較高，室溫下連續工作時間長、光功率－電流線性度好等顯著優點，而且由于此項技術已經發展得比較成熟，所以其價格非常便宜。因此在一些簡易的光纖傳感器的設計中，如果LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個傳感器的成本。然而LED的發光機理決定了它存在著很多的不足，如輸出功率小、發射角大、譜線寬、響應速度低等。因此，在一些需要功率高、調制速率快、單色性好的光源的傳感器設計中，就不得不以提高成本為代價，選用其它更高性能的光源。

----由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發光二極管可發出不同波長的光。另外，有些材料由于組分和摻雜不同，例如，有的具有很復雜的能帶結構，相應的還有間接躍遷輻射等，因此有各種各樣的發光二極管。
發光二極管的構造和原理發光二極管的芯片結構：（由下到上）
1、Patternsapphiresubstrate(PSS)
2、u-gan
3、n-gan
4、mqw
5、p-algan
6、p-gan
發光原理是：
發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的芯片，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。
什么是二極管？他的發光原理是什么？二極管是電子線路中的常用元件，它由半導體PN結，加上電極引線和管殼制成。二極管有PN結兩個電極，所以稱二極管。二極管具有單向導電性。二極管的種類很多，常見的有檢波管、整流管、穩壓管、開關管、發光管、光電管等。
發光二極管通常用砷化鎵、磷化鎵等半導體材料制成，它在通過正向電流時會發光，發光的顏色取決于所用的材料，可發出紅色、黃色、綠色及紅外光等。發光二極管一般用透明的塑料封裝，管腳長的為正極，管腳短的為負極。有的發光二極管有三個引出腳，根據管腳電壓情況能發出兩種顏色的光。
沒有一極管，因為一極管沒有使用意義。有三極管，三極管主要用于對電流和信號的放大。