一、 led 的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理 

 

　　50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。 led 是英文 light   emitting diode  （發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。

 

　　發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為 p-n 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN   結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED 。 

 

　　當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 

 

二、 LED 光源的特點(diǎn) 

 

　　1. 電壓： LED 使用低壓電源，供電電壓在 6-24V 之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。

 

　　2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80%

 

　　3. 適用性：很小，每個單元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境

 

　　4. 穩(wěn)定性： 10 萬小時，光衰為初始的 50%

 

　　5. 響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級， LED 燈的響應(yīng)時間為納秒級

 

　　6. 對環(huán)境污染：無有害金屬汞

 

　　7. 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的 LED ，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色

 

　　8. 價格： LED 的價格比較昂貴，較之 于白熾燈，幾只 LED 的價格就可以與一只白熾燈的價格相當(dāng)，而通 常每組信號燈需由上 300 ～ 500 只二極管構(gòu)成。 

 

三、單色光 LED 的種類及其發(fā)展歷史 

 

　　最早應(yīng)用半導(dǎo)體 P-N 結(jié)發(fā)光原理制成的 LED 光源問世于 20 世紀(jì) 60 年代初。當(dāng)時所用的材料是 GaAsP  ，發(fā)紅光（ λ p =650nm ），在驅(qū)動電流為 20 毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約 0.1 流明 / 瓦。70 年代中期，引入元素 In 和 N ，使 LED 產(chǎn)生綠光（ λ p =555nm ），黃光（ λ p =590nm ）和橙光（ λ p =610nm ），光效也提高到 1 流明 / 瓦。到了 80 年代初，出現(xiàn)了 GaAlAs 的 LED 光源，使得紅色 LED 的光效達(dá)到 10 流明 / 瓦。90 年代初，發(fā)紅光、黃光的 GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的 GaInN 兩種新材料的開發(fā)成功，使 LED 的光效得到大幅度的提高。在 2000 年，前者做成的 LED 在紅、橙區(qū)（ λ p =615nm ）的光效達(dá)到 100 流明 / 瓦，而后者制成的 LED 在綠色區(qū)域（ λ p 

530nm ）的光效可以達(dá)到 50 流明 / 瓦。 

 

四、單色光 LED 的應(yīng)用 

 

　　最初 LED 用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的 LED  在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。以 12  英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的 140 瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生 2000 流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失 90% ，只剩下 200 流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中， Lumileds 公司采用了18 個紅色 LED 光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電 14 瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。

 

　　汽車信號燈也是 LED 光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 1987 年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于 LED 

應(yīng)速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。

 

　　另外， LED 燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。