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Led的發光原理和基本結構

發布日期:2017-11-07 作者: 點擊:

 一、LED發光原理

發光二極管的核心部分是有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濾層,稱為p-n結。

當一個正向偏壓施加於PN結兩端時,在某些半導體材料的PN結中,其P區的載流子濃度遠大於N區,非平衡空穴的積累遠大於P區的電子積累(對應NP結,情況正好相反),由於電流注入產生的少數載流子是不穩定的,對於PN結係統,注入到價帶中的非平衡空穴要與導帶中的電子複合,飽和後,多餘的能量則以光的形式向外輻射,從而把能源直接轉換為光能。PN結加反向電壓,少數載流子難以注入,故不發光。筒燈

這種利用注入式電致發光原理製作的二極管叫發光二極管,統稱LED。因此,LED基本的工作機理是一個電光轉換的過程,當它處於正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,通常,禁帶寬度越大,輻射出的能量越大,對應的光子具有較短的波長,反之具有較長的波長,因此,由於半導體晶體禁帶寬度的不同,就發出從紫外到紅外不同顏色、不同強度的光線。


半導體晶體的原子排列決定禁帶,確定發光特性:λ=hc/Eg;

雜質摻入形成p型區和n型區;

在正向偏壓下,注入電子與空穴複合;

複合能源以光(有效複合)或熱(無效複合)的形成釋放;

整個過程基本上的無害的。


二、LED晶片的基本結構

    LED晶片的基本結構一般可歸為兩大類,一類是針對GaP、GaAsP、AlGaAs等傳統型LED晶片,一類是針對超高亮度InGaAIP紅、黃與InGaN藍、綠光器件而言。而目前應用到最多的是第二類LED晶片,這類器件主要包括襯衣、發射層、WQW發光層、透光層四個部分。其一般均通過MOCVD外延工藝製備。

    對於四元的紅、黃晶片,通常采用GaAs作為=襯底,但由於GaAs吸收光較強,因此,會在襯底和發光層生長一層反射層。

對於GaN基器件,一般采用AI203或SiC作為外延襯底,其優點在於不存在吸收光,因此一般不加發射層。


當前還有GaP透明襯底、表麵粗化處理、垂直架構等特殊工藝的晶片,采用這些特殊工藝是為了進一步提高發光效率和耗散功率。

三、LED光源的特點

1、電壓:LED使用低壓電源,根據產品不同而異,所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源,特別適用於公共場合。

2、效能:消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。

3、實用性:很小,每個單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以製備成各種形狀的器件,並且適合於易變的環境。

4、穩定性:10萬小時,光衰為初始的50%。

5、相應時間:其白熾燈的相應時間為毫秒級,LED燈的響應時間為納秒級。

6、對環境汙染:無有害金屬汞。

7、顏色:改變電流可以變色,發光二極管方便地通過化學修飾方法,調整材料的能帶結構和帶寬,實現紅、黃、綠、蘭、橙多色發光。如小電流時為紅色的LED,隨著電流的增加,可以依次變為橙色,黃色,最後為綠色。

8、價格:LED的價格比較昂貴,較之於白熾燈,幾隻LED的價格就可以與一隻白熾燈的價格相當,而通常每組信號燈需由上300~500隻二極管構成。


本文網址:http://www.diveinonline.com/news/359.html

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