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LED的本质和发光原理是什么彩色的LED灯是怎么做出来的

2022-06-28

  白炽灯和LED灯发光亮度的对比,他们都是在一瓦的电功率的情况下,就量度而言,LED比白炽灯亮十多倍,接下来我们就来说一下led灯到底是怎么发光的。

  LED的全称是Light Emitting Diode,意思是发光二极管,所以本质上LED也属于二极管的一种,由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成,就拿普通的二极管来说,比如当我们给他加正向电压时,他就能导通,加反向电压的话,这个二极管就会截止。

  这是因为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P型半导体之间有一个过渡层,称为P-N结,N区有更多的自由电子,而P区有更多的空穴,当我们加正向电压时,电子会被电厂吸引而与空穴复合,自由电子和空穴复合的时候会释放热量,LED灯的原理和这个二极管类似,但是当自由电子和空穴复合的时候,他对外释放光能。

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  普通二极管和led灯的工作原理差不多,为什么一个发热,而另一个为什么发光呢?当电流通过晶片时,N型半导体内的电子与P型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子,以光子的形式发出能量(即大家看见的光),这完全取决于半导体的材料,普通二极管采用的半导体材料是硅,硅原子最外层有四个电子。

  纯净的硅晶体的原子最外层能形成稳定的八电子结构,它的N区是在纯净的硅原子中掺杂了5价磷,所以最外层多出来一个自由电子,而它的P区是在纯净的硅原子中掺杂了3价硼。

  这样就导致他最外层缺少一个电子,形成空穴,当我们给他施加正向电压,自由电子就会和空穴复合,复合的同时就会释放热量,之所以会释放热量是硅这种物质决定的,LED采用的半导体材料不是硅,而是化合物。

  比如氮化镓,氮原子最外层有五个电子,镓最外层有三个电子,所以纯净的氮化镓中,氮原子和镓原子最外层也都能形成稳定的八电子结构,它的N区是在纯净的氮化镓中掺杂了4价硅,这样就导致最外层多出一个电子。

  P区是在氮化镓中掺杂了2价镁,导致最外层缺少一个电子形成空穴,LED的半导体结构是这样的,当我们给他加正向电压,自由电子与空穴复合,复合之后产生光子,LED就是这样发光的。

  还有就是它发出的光是蓝色的,这是由于氮化镓这种材料决定的,实际的LED还需要再给他加一个蓝宝石衬底,然后再加一层氮化镓缓冲层,这些主要作用就是一个载体,用来长在上述的发光氮化镓结构。

  接下来把它们放在LED灯的负极引脚上,然后用一根很细的导线把她接到正极引脚上,最后给他加一个透明树脂封装,LED灯就生产完成了,给它通上电,它就能发出蓝光了。

  应用不同的半导体材料就能发出不同颜色的光,比如采用镉硒化锌半导体材料的LED可以发出绿色的光,采用磷化铝镓铟可以发出黄色的光,砷化铝镓可以发出红色的光。

  那怎么发出白光呢?最简单的办法是在蓝色LED灯半导体上注入黄色的荧光体,这样就能发出白光了,还有一种办法就是用多种半导体晶片组合的方式,把红、绿、蓝三种颜色的半导体材料都集成到一个led灯里面,这样也能发出白色的光。

  对于白光LED,内部结构除了芯片之外,还有荧光粉。一般用蓝光芯片激发黄色荧光粉,复合得到白光,这里除了芯片的电致发光之外,还有荧光粉的光致发光。除此形式之外,还有三基色的芯片组合得到白光。

  还有就是不同颜色的光,它的发光效率也是不一样的,发光效率的单位是流明为瓦,意思就是在一瓦电功率的情况下发射了多少流明的光,这个值越大越好,以白炽灯为例,在一瓦的电功率情况下,他只能发出13流明的光。

  最后给大家分享不同的半导体材料所对应的波长,Led灯压降,如果你觉得文章对你有帮助,别忘了帮我点个赞。

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