發(fā)光二極管或簡(jiǎn)稱(chēng)LED是當(dāng)今可用的所有不同類(lèi)型的半導(dǎo)體二極管中最廣泛使用的，并且通常用于電視和彩色顯示器。
它們是最明顯的二極管類(lèi)型，它在不同顏色波長(zhǎng)下發(fā)出相當(dāng)窄的可見(jiàn)光帶寬，用于遙控器的不可見(jiàn)紅外線(xiàn)燈或在正向電流通過(guò)它們時(shí)發(fā)出激光型光。
更常見(jiàn)的“ 發(fā)光二極管 ”或LED基本上只是一種特殊類(lèi)型的二極管，因?yàn)樗鼈兙哂信cPN結(jié)二極管非常相似的電特性。這意味著LED將向前傳遞電流，但阻止電流反向流動(dòng)。
發(fā)光二極管由非常薄的相當(dāng)重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料層制成，并且取決于所使用的半導(dǎo)體材料和摻雜量，當(dāng)正向偏置時(shí)，LED將發(fā)射特定光譜波長(zhǎng)的彩色光。
當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，來(lái)自半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子與來(lái)自?xún)r(jià)帶的空穴重新組合，釋放出足夠的能量以產(chǎn)生發(fā)出單色（單色）光的光子。由于這個(gè)薄層，合理數(shù)量的這些光子可以離開(kāi)結(jié)并輻射掉，產(chǎn)生彩色光輸出。
發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圖
然后我們可以說(shuō)，當(dāng)在正向偏置方向上操作時(shí)，發(fā)光二極管是將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。
發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)與普通信號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)非常不同。LED的PN結(jié)由透明的硬塑料環(huán)氧樹(shù)脂半球形外殼或主體圍繞，保護(hù)LED免受振動(dòng)和沖擊。
令人驚訝的是，LED結(jié)實(shí)際上并不發(fā)出那么多的光，因此環(huán)氧樹(shù)脂體的構(gòu)造方式使得結(jié)發(fā)出的光的光子被反射離開(kāi)周?chē)幕?，二極管連接到基板并向上聚焦通過(guò)LED的圓頂頂部，它本身就像一個(gè)集中光量的鏡頭。這就是發(fā)光在LED頂部看起來(lái)最亮的原因。
然而，并非所有LED都采用半球形圓頂制成的環(huán)氧樹(shù)脂外殼。一些指示LED具有矩形或圓柱形結(jié)構(gòu)，其頂部具有平坦表面或者其主體成形為條形或箭頭。通常，所有LED都是由從主體底部突出的兩條腿制造的。
發(fā)光二極管正負(fù)極
此外，幾乎所有現(xiàn)代發(fā)光二極管的陰極，（ - ）端子由主體上的凹口或平點(diǎn)識(shí)別，或者陰極引線(xiàn)比另一個(gè)短，因?yàn)殛?yáng)極（ + ）引線(xiàn)比陰極長(zhǎng)（ K）。
與照明時(shí)產(chǎn)生大量熱量的普通白熾燈和燈泡不同，發(fā)光二極管產(chǎn)生“冷”光，與普通“燈泡”相比，效率高，因?yàn)榇蟛糠之a(chǎn)生的能量在可見(jiàn)光范圍內(nèi)輻射光譜。由于LED是固態(tài)器件，因此它們非常小巧耐用，并且比普通光源提供更長(zhǎng)的燈泡壽命。
發(fā)光二極管顏色
那么發(fā)光二極管如何獲得它的顏色呢。與用于檢測(cè)或電源整流的普通信號(hào)二極管不同，它們由鍺或硅半導(dǎo)體材料制成，發(fā)光二極管由外來(lái)的半導(dǎo)體化合物制成，如砷化鎵（GaAs），磷化鎵（GaP），砷化鎵磷化物（GaAsP），碳化硅（SiC）或氮化鎵鎵（GaInN）都以不同的比例混合在一起，產(chǎn)生不同的顏色波長(zhǎng)。
不同的LED化合物在可見(jiàn)光譜的特定區(qū)域發(fā)光，因此產(chǎn)生不同的強(qiáng)度水平。所用半導(dǎo)體材料的確切選擇將決定光子發(fā)射的總波長(zhǎng)，并因此決定所發(fā)射光的所得顏色。
發(fā)光二極管顏色
發(fā)光二極管顏色圖表
因此，發(fā)光二極管的實(shí)際顏色由發(fā)射的光的波長(zhǎng)確定，而發(fā)射的光的波長(zhǎng)又由在制造期間形成PN結(jié)時(shí)使用的實(shí)際半導(dǎo)體化合物確定。
因此，LED發(fā)出的光的顏色不是由LED塑料體的顏色決定的，盡管這些顏色略微著色以增強(qiáng)光輸出并在其未被電源照射時(shí)指示其顏色。
發(fā)光二極管有多種顏色可供選擇，最常見(jiàn)的是RED，AMBER， YELLOW 和GREEN，因此被廣泛用作視覺(jué)指示器和移動(dòng)光顯示器。
最近開(kāi)發(fā)的藍(lán)色和白色LED也可用，但由于在半導(dǎo)體化合物中以精確比例混合兩種或更多種互補(bǔ)色的生產(chǎn)成本以及通過(guò)注入氮原子，這些LED往往比普通標(biāo)準(zhǔn)顏色貴得多。在摻雜過(guò)程中進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)。
從上表我們可以看出，用于制造發(fā)光二極管的主要P型摻雜劑是鎵（Ga，原子序數(shù)31），并且使用的主要N型摻雜劑是砷（As，原子序數(shù)33）得到的砷化鎵（GaAs）晶體結(jié)構(gòu)化合物。
使用砷化鎵本身作為半導(dǎo)體化合物的問(wèn)題在于，當(dāng)正向電流流過(guò)時(shí)，它從其結(jié)點(diǎn)輻射出大量的低亮度紅外輻射（約850nm-940nm）。
它產(chǎn)生的紅外線(xiàn)光量適用于電視遙控器，但如果我們想將LED用作指示燈則不太有用。但是，通過(guò)添加磷（P，原子序數(shù)15），作為第三摻雜劑，發(fā)射的輻射的總波長(zhǎng)減小到680nm以下，從而給人眼提供可見(jiàn)的紅光。PN結(jié)的摻雜過(guò)程的進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)生了一系列跨越可見(jiàn)光光譜的顏色，如上所述，以及紅外和紫外波長(zhǎng)。
通過(guò)將各種半導(dǎo)體，金屬和氣體化合物混合在一起，可以生產(chǎn)以下LED列表。
與傳統(tǒng)的PN結(jié)二極管一樣，發(fā)光二極管是電流相關(guān)器件，其正向壓降V F取決于半導(dǎo)體化合物（其光色）和正向偏置LED電流。大多數(shù)普通LED要求正向工作電壓在大約1.2到3.6伏之間，正向電流額定值約為10到30毫安，12到20毫安是最常見(jiàn)的范圍。
正向工作電壓和正向電流都根據(jù)所使用的半導(dǎo)體材料而變化，但是對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)紅色LED而言，傳導(dǎo)開(kāi)始并產(chǎn)生光的點(diǎn)約為1.2V，對(duì)于藍(lán)色LED，約為3.6V。
由于所使用的摻雜劑材料和波長(zhǎng)不同，精確的電壓降當(dāng)然取決于制造商。在特定電流值（例如20mA）下LED上的電壓降也將取決于初始傳導(dǎo)V F點(diǎn)。由于LED實(shí)際上是二極管，因此可以針對(duì)每種二極管顏色繪制其正向電流至電壓特性曲線(xiàn)，如下所示。
發(fā)光二極管IV特性
發(fā)光二極管（LED）原理圖符號(hào)和IV特性曲線(xiàn)
顯示可用的不同顏色。
在發(fā)光二極管可以“發(fā)射”任何形式的光之前，它需要電流流過(guò)它，因?yàn)樗请娏飨嚓P(guān)裝置，其光輸出強(qiáng)度與流過(guò)LED的正向電流成正比。
由于LED要在電源上以正向偏置條件連接，因此應(yīng)使用串聯(lián)電阻限制電流，以防止LED 過(guò)電流。切勿將LED直接連接到電池或電源，因?yàn)樗鼛缀鯐?huì)立即被破壞，因?yàn)檫^(guò)多的電流會(huì)通過(guò)并燒掉。
從上表可以看出，每個(gè)LED在PN結(jié)上都有自己的正向壓降，這個(gè)參數(shù)由所用的半導(dǎo)體材料決定，是指定量正向傳導(dǎo)電流的正向壓降，通常用于正向電流為20mA。
在大多數(shù)情況下，LED采用低壓直流電源供電，帶有一個(gè)串聯(lián)電阻，R S用于將正向電流限制在一個(gè)安全值，從簡(jiǎn)單LED指示燈的5mA到30mA或更高，需要高亮度光輸出。
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