LED结构与发光原理.doc

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1、LED是什么？LED是英文LightEmittingDiode（发光二极管）的缩写，是一种半导体固体发光器件。利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫和白色的光。LED产品就是利用LED作为光源制造出来的高科技产品。       LED是英文lightemittingdiode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。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

2、层，称为p-n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LELED的发光原理实际上LED，就是发光二极管（lightemittingdiode）。基本结构为一块电致发光的半导体

3、模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而

4、能够发出不同颜色的光。LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LED背光源等市场。LED是怎样发光的如上图，LED和我们常用的白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而是采用了电场发光。LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的芯片。在P型半导体和N型半导体之间得过渡层，便是我们常说

5、的P-N结。PN结当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合时，由于交界面处存在的载流子浓度差，于是电子和空穴都会从高浓度区域向低浓度区域扩散。我们知道，电子与空穴都是带电的，其扩散的结果就导致了Ｐ区和Ｎ区原来的电中性被破坏。这样，Ｐ区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子，Ｎ区一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子就是空间电荷。在空间电荷集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一很薄的空间电荷区，就是P-N结。在P区一侧为负电荷，N区为正电荷，于是空间电荷区，便出现了由N到P的电场。这个电场是载流子扩散运动

6、形成的，而不是外加电压形成的，这便是内电场。由于内电场的存在，使得P-N结处于动态平衡状态。当我们给P-N结一个正向电压，便改变了P-N结的动态平衡。注入的少数载流子（少子）与多数载流子（多子）复合时，便将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。如果给PN结加反向电压，少数载流子（少子）难以注入，故不发光。正向导通正向导通反向截止利用注入式电发光原理制作的二极管就是我们常说得发光二极管，即LED。在LED得两端加上正向电压，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

7、的光线。调节电流，便可以调节光的强度。可以通过改变电流可以变色，这样可以通过调整材料的能带结构和带隙，便可以多色发光。二极管是由一个PN结构成的，它的主要特性就是单向导电性，通常主要用它的伏安特性来表示。二极管的伏安特性是指流过二极管的电流iD与加于二极管两端的电压uD之间的关系或曲线。用逐点测量的方法测绘出来或用晶体管图示仪显示出来的U～I曲线，称二极管的伏安特性曲线。图Z0111是二极管的伏安特性曲线示意图，依此为例说明其特性。一、正向特性由图可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压较

8、小时，由于外电场远不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流很小（几乎为零），二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称为死区。当正向电压升高到一定值Uγ（Uth）以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显增加。Uγ被称为门限电压或阀电压。Uγ视二极管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管一般为0.5V左右，锗管为0.1V左右。在实际应用中，常把正向特性较直部分延长交于横轴的一点，定为门限电压Uγ的值，如图中虚线与U轴的交点。当正