发光二极管(LED),发光二极管(LED)的原理和作用是什么

发光二极管(LED),发光二极管(LED)的原理和作用是什么?

发光二极管(LED)的发光原理可以用PN结的能带结构来解释：当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。

发光二极管LED（Light Emitting Diode）是一种冷光源，辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，也消除了非可见光区电磁波对人体的危害。与荧光灯相比，白光LED的制造与使用过程都不会引入汞的污染;与叠有许多线装光谱的荧光灯光谱相比，白光LED的连续光谱更接近自然光;白光LED能耗仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一;白光LED的寿命可达10万小时，是传统荧光灯的50-100倍，这些对环境保护和节约能源具有重要意义。

发光二极管（LED)由于具有功耗低、体积小、可靠性高、寿命长和相应快等优点，早己广泛应用于仪器仪表、计算机、汽车、电子玩具、通讯、自动控制、军事等领域。自从上世纪90年代，国外相继开发出四元系(AIGaInP)的红、橙、黄光和氮化惊(GaN)基的蓝、绿、紫外光的高亮度发光二极管(High Brightness Light Emitting Diode简称HB-LED )，为LED的应用开辟了巨大的新市场。随着LED材料的革新、工艺的改进和生产规模的提高，LED的光效将提高、价格将下降，可以预测到LED在照明领域的应用越来越广，将真正替代白炽灯、荧光灯等传统光源，成为新一代的绿色光源，其在照明市场的潜力将是不可估量的。特别是随着第三代半导体材料GaN的突破和蓝、白光发光二极管的问世，继半导体技术引发微电子技术革命之后，一场以半导体照明新兴产业的兴起为标志的新的产业革命----照明革命正在孕育和发展。

　发光二极管(LightEmittingDiode,LED)，是一种半导体组件。初时多用作为指示灯、显示板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。改变所采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管发出在近紫外线、可见光或红外线的光。1955年，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的鲁宾•布朗石泰（RubinBraunstein）（1922年生）首次发现了砷化镓(GaAs)及其它半导体合金的红外放射作用。1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克（NickHolonyakJr.）（1928年生）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。
　　LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
原理
　　发光二极管是一种特殊的二极管。和普通的二极管一样，发光二极管由半导体芯片组成，这些半导体材料会预先通过注入或掺杂等工艺以产生pn结结构。与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从p极（阳极）流向n极（负极），而相反方向则不能。两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向pn结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放出能量。
　　它所发出的光的波长，及其颜色，是由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决定。由于硅和锗是间接禁带材料，在这些材料中电子与空穴的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，所以硅和锗二极管不能发光。发光二极管所用的材料都是直接禁带型的，这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量。
　　在发展初期，采用砷化镓(GaAs)的发光二极管只能发出红外线或红光。随着材料科学的进步，人们已经制造出可发出更短波长的、各种颜色的发光二极管。
　　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：
　　铝砷化稼(AlGaAs)-红色及红外线
　　铝磷化稼(AlGaP)-绿色
　　aluminiumgalliumindiumphosphide(AlGaInP)-高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色
　　磷砷化稼(GaAsP)-红色，橘红色，黄色