简介
发光二极管是一种常用的发光器件,通过
电子与
空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。
[1] 发光二极管可高效地将电能转化为
光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。
[2] 这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他
单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、
红外线及
紫外线,光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为
指示灯、显示板等;随着技术的不断进步,发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明。
工作原理
发光二极管与普通二极管一样是由一个
PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上
正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的
反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。
发光二极管的核心部分是由P型半导
体和N型半导体组成的
晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为PN结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数
载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。当它处于正向
工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED
阳极流向阴极时,半导体
晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
以下是传统发光二极管所使用的
无机半导体物料和所它们发光的颜色
LED材料 | 材料化学式 | 颜色 |
铝砷化镓 砷化镓 砷化镓磷化物磷化铟镓 铝磷化镓(掺杂氧化锌) | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 红色及红外线 |
铝磷化镓 铟氮化镓/氮化镓 磷化镓 磷化铟镓铝 铝磷化镓 | InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 绿色 |
磷化铝铟 镓砷化镓 磷化物 磷化铟镓铝 磷化镓 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘红色,橙色,黄色,绿色 |
磷砷化镓 | GaAsP | 红色,橘红色,黄色 |
磷化镓 硒化锌 铟氮化镓 碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 红色,黄色,绿色 |
氮化镓(GaN) |
| 绿色,翠绿色,蓝色 |
铟氮化镓 | InGaN | 近紫外线,蓝绿色,蓝色 |
碳化硅(用作衬底) | SiC | 蓝色 |
硅(用作衬底) | Si | 蓝色 |
蓝宝石(用作衬底) | Al2O3 | 蓝色 |
硒化锌 | ZnSe | 蓝色 |
钻石 | C | 紫外线 |
氮化铝,氮化铝镓 | AlN AlGaN | 波长为远至近的紫外线 |