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Led的发光原理和基本结构

发布日期:2017-11-07 作者: 点击:

 一、LED发光原理

发光二极管的核心部分是有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滤层,称为p-n结。

当一个正向偏压施加于PN结两端时,在某些半导体材料的PN结中,其P区的载流子浓度远大于N区,非平衡空穴的积累远大于P区的电子积累(对应NP结,情况正好相反),由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的,对于PN结系统,注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合,饱和后,多余的能量则以光的形式向外辐射,从而把能源直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。筒灯

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,统称LED。因此,LED基本的工作机理是一个电光转换的过程,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,通常,禁带宽度越大,辐射出的能量越大,对应的光子具有较短的波长,反之具有较长的波长,因此,由于半导体晶体禁带宽度的不同,就发出从紫外到红外不同颜色、不同强度的光线。


半导体晶体的原子排列决定禁带,确定发光特性:λ=hc/Eg;

杂质掺入形成p型区和n型区;

在正向偏压下,注入电子与空穴复合;

复合能源以光(有效复合)或热(无效复合)的形成释放;

整个过程基本上的无害的。


二、LED晶片的基本结构

    LED晶片的基本结构一般可归为两大类,一类是针对GaP、GaAsP、AlGaAs等传统型LED晶片,一类是针对超高亮度InGaAIP红、黄与InGaN蓝、绿光器件而言。而目前应用到最多的是第二类LED晶片,这类器件主要包括衬衣、发射层、WQW发光层、透光层四个部分。其一般均通过MOCVD外延工艺制备。

    对于四元的红、黄晶片,通常采用GaAs作为=衬底,但由于GaAs吸收光较强,因此,会在衬底和发光层生长一层反射层。

对于GaN基器件,一般采用AI203或SiC作为外延衬底,其优点在于不存在吸收光,因此一般不加发射层。


当前还有GaP透明衬底、表面粗化处理、垂直架构等特殊工艺的晶片,采用这些特殊工艺是为了进一步提高发光效率和耗散功率。

三、LED光源的特点

1、电压:LED使用低压电源,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,特别适用于公共场合。

2、效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。

3、实用性: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%。

5、相应时间:其白炽灯的相应时间为毫秒级,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过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带宽,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。


本文网址:http://www.jsjydled.com/news/359.html

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