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LED 发光二极管发光二极管发光二极管(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 )( 192 2 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。 196 2 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。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。两种常见 LED 光源的剖面图( 1) 两种常见 LED 光源的剖面图( 2) 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,黄色三种不同颜色的 LED 磷化稼(GaP)- 红色,黄色,绿色氮化镓(GaN)- 绿色,翠绿色,蓝色铟氮化稼(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)- 紫外线氮化铝(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)- 波长为远至近的紫外线用 GaN 形成的蓝光 LED1993 年, 当时在日本 NichiaCorporation( 日亚化工) 工作的中村修二( ShujiNakamura ) 发明了基于宽禁带半导体材料氮化稼( GaN )和铟氮化稼( InGaN )的具有商业应用价值的蓝光 LED ,这类 LED 在 1990 发光二极管年代后期得到广泛应用。理论上蓝光 LED 结合原有的红光 LED 和绿光 LED 可产生白光,但现在的白光 LED 却很少是这样造出来的。现时生产的白光 LED 大部分是通过在蓝光 LED(near-UV, 波长 450n m至 470nm) 上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的, 这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的(Ce3+:YAG) 晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的。当 LED 芯片发出蓝光, 部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽( 光谱中心约为 580nm ) 的主要为黄色的光。( 实际上单晶的掺 Ce的 YAG