一、LED的结构及发光原理-电源网中国电源行业权威门户网站.pdfVIP

LED 基本知识 一、LED 的结构及发光原理 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的 本知识，第一个商用二极管产生于1960 年。 LED 是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的 本结构是一块电致发光的半导 体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用， 所以LED 的抗震性能好。 LED 结构图如下图所示 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 渡层，称为p-n 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。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管 叫发光二极管，通称LED 。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。 二、LED 光源的特点 1. 电压：LED 使用低压电源，供电电压在6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一 个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性：很小，每个单元LED 小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件， 并且适合于易变的环境 4. 稳定性：10 万小时，光衰为初始的50% PENKE 1 PDF 文件使用 pdfFactory 试用版本创建 LED 基本知识 5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染：无有害金属汞 7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通 化学修饰方法，调整材料的能带结构和 带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED ，随着电流的增加，可以依次 变为橙色，黄色，最后为绿色 8. 价格：LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格 相当，而通常每组信号灯需由上300～500 只二极管构成。 三、单色光LED 的种类及其发展历史 最早应用半导体P-N 结发光原理制成的LED 光源问世于20 世纪60 年代初。当时所用的 材料是GaAsP，发红光（λ=650nm），在驱动电流为20 毫安时，光通量只有千分之几个流明， p 相应的发光效率约0.1 流明/瓦。 70 年代中期，引入元素In 和N ，使LED 产生绿光（λ=555nm），黄光（λ=590nm）和 p p 橙光（λ=610nm ），光效也提高到1 流明/瓦。 p 到了80 年代初，出现了GaAlAs 的LED 光源，使 红色LED 的光效达到10 流明/瓦。 90 年代初，发红光、黄光的GaAlInP 和发绿、蓝光的GaInN 两种新材料的开发成功，使 LED 的光效 到大幅度的提高。在2000 年，前者做成的LED 在红、橙区 （λ=615nm）