发光二极管

发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

一、什么是发光二极管

发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。LED最初用于仪器仪表的指示性照明,随后扩展到交通信号灯。再到景观照明、车用照明和手机键盘及背光源。后来发展出微型发光二极管(micro-LED)的新技术,其将原本发光二极管的尺寸大幅缩小,用可独立发光的红、蓝、绿微型发光二极管成阵列排列形成显示阵列用于显示技术领域。微型发光二极管具有自发光显示特性,比自发光显示的有机发光二极管(Organic Light Emitting DiodeOLED)效率高、寿命较长、材料不易受到环境影响而相对稳定。
2023年5月,新加坡—麻省理工学院研究与技术联盟的科学家开发了世界上最小的LED(发光二极管)。

二、发光二极管符号

发光二极管符号是VD。

发光二极管的电路符号的大头为正极(阳极),小头为负极(阴极);在发光二极管中实物管脚为“长正短负”。

三、发光二极管工作原理

生活中随处可见发光二极管的影子,他已经成为了我们生活中的必需品,但是很多人并不知道发光二极管为什么会发光,更不知道,什么样的二极管发出什么颜色的光,这里我们就来简单了解一下发光二极管原理。

50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,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。

它的基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。

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。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。

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 baiN 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。

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:

铝砷化镓(AlGaAs)- 红色及红外线;

铝磷化镓(AlGaP)- 绿色;

磷化铝铟镓(AlGaInP)- 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(GaP)- 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(SiC)(用作衬底)- 蓝色;

硅(Si)(用作衬底)- 蓝色(开发中);

蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)- 蓝色;

zincselenide(ZnSe)- 蓝色;

钻石(C)- 紫外线。

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