LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理
50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)永部，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960年伤很。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料蛉腌，置于一個(gè)有引線的架子上拓瞪，然后四周用環(huán)氧樹脂密封移履，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好救咙。
發(fā)光二極管的核心部分是由 p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片权扭，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)馅酪。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中某澡，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能乳侮。PN結(jié)加反向電壓份览，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光诉德。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管晃纹，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓）柱洽，電流從 LED陽極流向陰極時(shí)褂宙，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)本谜。
LED光源的特點(diǎn)
1.電壓： LED使用低壓電源初家，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異耕突，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源笤成，特別適用于公共場(chǎng)所。
2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80%
3. 適用性：很小眷茁，每個(gè)單元 LED小片是3-5mm的正方形炕泳，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境
4. 穩(wěn)定性： 10萬小時(shí)上祈，光衰為初始的50%
5. 響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)培遵， LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)
6. 對(duì)環(huán)境污染：無有害金屬汞
7. 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法登刺，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙籽腕，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的 LED，隨著電流的增加皇耗，可以依次變?yōu)槌壬洗埃S色，最后為綠色
8.價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴碘云，較之于白熾燈谨跌，幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上300～500只二極管構(gòu)成
單色光 LED的種類及其發(fā)展歷史
最早應(yīng)用半導(dǎo)體 P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初拦腌。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP吊烫，發(fā)紅光（λ p =650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)岭限，光通量只有千分之幾個(gè)流明谍钝，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。
70 年代中期酣器，引入元素 In和N椭徙，使LED產(chǎn)生綠光（λ p =555nm），黃光（λ p =590nm）和橙光（λ p =610nm）抓许，光效也提高到1流明/瓦蔑懈。
到了 80年代初琉阱，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源毛底，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。
90 年代初蹭劈，發(fā)紅光疗绣、黃光的 GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功铺韧，使LED的光效得到 大幅度的提高多矮。在2000年，前者做成的LED在紅哈打、橙區(qū)（λ p =615nm）的光效達(dá)到100流明/瓦塔逃，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λ p =530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。
單色光 LED的應(yīng)用
最初 LED用作儀器儀表的指示光源料仗，后來各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用湾盗，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例立轧，在美國(guó)本來是采用長(zhǎng)壽命格粪，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光氛改。經(jīng)紅色濾光片后帐萎，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中辐逝，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源吸畸，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦黄惭，即可產(chǎn)生同樣的光效虽捺。
汽車信號(hào)燈也是 LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年影塑，我國(guó)開始在汽車上安裝高位剎車燈蝎蚣，由于LED響應(yīng)速度快（納秒級(jí)），可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況徘繁，減少汽車追尾事故的發(fā)生淹误。
另外，LED燈在室外紅嘹券、綠湘发、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用犀村。
白光 LED的開發(fā)
對(duì)于一般照明而言宰僧，人們更需要白色的光源。 1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功观挎。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成琴儿。GaN芯片發(fā)藍(lán)光（λ p =465nm，Wd=30nm）嘁捷，高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射造成，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中雄嚣，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層晒屎，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收缓升，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合鼓鲁，可以得到得白光。現(xiàn)在港谊，對(duì)于InGaN/YAG白色LED骇吭，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光封锉。
