LED的工作原理是什么

LED是light emitting diode的缩写，中文名称“发光二极管”

其发光原理跟激光的产生相似。

一个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。

LED原理类似。不过不同的是，LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上，是一系列的能级），然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。

· 个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。 LED原理类似。不过不同的是，LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上，是一系列的能级），然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。

新型LED显示屏件有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点，本文从LED显示屏件的发展简史开始，探讨了表面贴装LED、汽车应用中的LED和照明用LED的发展趋势，对于从事显示器件开发的中国工程师有一定参考价值。 全球第一款商用化发光二极管(LED)是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。 1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和**光。到1971，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色裸片LED。 1972年开始有少量LED显示屏用于钟表和计算器。全球首款采用LED的手表最初还是在昂贵的珠宝商店出售的，其售价竟然高达2,100美元。几乎与此同时，惠普与德州仪器也推出了带7段红色LED显示屏的计算器。 到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED是那个时代主打的数字与文字显示技术。然而在许多商用设备中，LED显示屏也逐渐受到了来自其它显示技术的激烈竞争，如液晶、等离子体和真空荧光管显示器。 这种竞争性激励LED制造商进一步拓展他们的产品类型，并积极寻求LED具有明显竞争优势的应用领域。此后LED开始应用于文字点阵显示器、背景图案用的灯栅和条线图阵列。数字显示屏的尺寸和复杂度在不断增长，从2位数字到3位甚至4位，从7段数字到能够显示复杂的文字与图案组合的14或16段阵列。到1980年制造商开始提供智能化的点阵LED显示屏。 这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位安装停止灯(CHMSL)设备。高亮蓝色LED的发明使真彩广告显示屏的实现成为可能，这样的显示屏能够显示真彩、全运动的视频图像。

蓝光LED的出现使人们还能利用倒行转换的磷光材料将较高能量的蓝光部分地转换成其它颜色。现在仅用LED光源就能完全覆盖CIE色度曲线中的所有饱和颜色，并且各种颜色LED与磷的有机整合几乎能够毫无限制地产生任何颜色。 在可靠性方面，LED的半衰期(即光输出量减少到最初值一半的时间)大概是1万到10万小时。相反，小型指示型白炽灯的半衰期(此处的半衰期指的是有一半数量的灯失效的时间)典型值是10万到数千小时不等，具体时间取决于灯的额定工作电流。 资源来自于灯具路上 >

当一个正向偏压施加于PN结两端，由于PN结势垒的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。对于一个真实的PN结型器件，通常P区的载流子浓度远大于N区，致使N区非平衡空穴的积累远大于P区的电子积累(对于NP结，情况正好相反)。由于电流注人产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注人到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，这就是LED发光的基本原理。通常，禁带宽度越大，辐射出的能址越大，对应的光子具有较短的波长;反之，禁带宽度越小，辐射出的能量越小，对应的光子具有较长的波长。对于GaAsP, GaInAIP, InGaN, GaAIAs等半导体材料，其禁带宽度对应的发光波长恰好处于380-780nm的可见光区域，从而为LED的发展与应用奠定了广阔的空间。LED器件的基本结构一般可归为两大类，一类是针对Gap,GaAsP, AIGaA，等传统型LED，通常采用液相外延或气相外延-r艺在GaP或GaA。衬底上生长PN结或NP结型的简单结构，为提高发光强度，也有制成异质结构的。这类器件的衬底往往是PN结的一部分，或P型区，或N型区。因此，这类器件的衬底质量将直接影响着器件的电学与光电特性，掺杂浓度合适的衬底对提高外延层质量、减小串联电阻至关重要。衬底对发射光的吸收情况也是一个重要问题，一般的GaAsP器件都采用GaAs衬底，采用GaP衬底可明显提高发光效率。这是由于用透明的GaP替代GaA，后，使LED芯片从面发光变成体发光，大大减小了衬底对光的吸收。此外，外延层应保持较高的载流子浓度，以确你足够高的注人效率。第二类结构主要是针对超高亮InGaAIP红黄光与InGaN蓝绿光器件而言。这类器件的基本结构通常包括四个区域:即衬底区、布拉格反射区、DH或MQW发光区和窗口区。这类器件一般均通过MOCVD外延工艺制备，良好的衬底亦是整个外延工艺的基础，对于InGaA1P材料，通常采用GaAs材料作衬底，当In的原子总含量为025时，InGaAIP材料的晶格常数将很好地与GaAs相匹配，可获得高质量的外延层。对于GaN基器件，由于获得GaN块晶材料困难，一般采用蓝宝石或sic作为外延衬底。结构的第二部分为布拉格反射区，对于InGaA1P器件，由于GaA。作衬底对红黄光的吸收很强，通常在衬底与发光区之间生长一个布拉格反射区，以便有效反射来自发光区的光辐射，从而改善了器件的出光性能。对于GaN基LED器件，由于蓝宝石或sic材料不存在对光的强烈吸收，因此一般可不加布拉格反射区。第三层为发光区，该区域是整个器件的核心，采用双异质结或量子阱结构能大幅度提高电光转换效率。最后一层是窗口区，通常该区域的材料具有较大的禁带宽度，能有效透过来自发光区的光辐射。其次窗口区材料应具有较高的载流子浓度、低的电阻率，以便实现较好的电流扩展，让工作电流能均匀地流过整个PN结区。为了进一步提高发光效率与耗散功率，许多新型结构的LED器件正在开发中，最典型的有GaP透明衬底、金属膜反射、截角倒锥体、表面纹理等结构。

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