LED的發光原理

實際上LED，就是發光二極管（light emitting diode）?；窘Y構為一塊電致發光的半導體模塊，封裝在環氧樹脂中，通過針腳作為正負電極并起到支撐作用。主要由PN結芯片、電極和光學系統組成。

其發光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環氧樹脂物中，當電子經過該晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域并與之復合，電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜范圍內，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發出不同顏色的光。

LED照明光源的主流將是高亮度的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波長，即以藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉混合產生白光。未來較被看好的是三波長白光LED，即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產生白光，它將取代熒光燈、緊湊型節能熒光燈泡及LED背光源等市場。

LED是怎樣發光的

如上圖，LED和我們常用的白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色粉發光的原理，而是采用了電場發光。LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的芯片。在P型半導體和N型半導體之間得過渡層，便是我們常說的P-N結。

PN結

當Ｐ型半導體和Ｎ型半導體結合時，由于交界面處存在的載流子濃度差，于是電子和空穴都會從高濃度區域向低濃度區域擴散。我們知道，電子與空穴都是帶電的，其擴散的結果就導致了Ｐ區和Ｎ區原來的電中性被破壞。這樣，Ｐ區一側失去空穴剩下不能移動的負離子，Ｎ區一側失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子就是空間電荷。在空間電荷集中在Ｐ區和Ｎ區交界面附近，形成了一很薄的空間電荷區，就是P-N結 。

在P區一側為負電荷，N區為正電荷，于是空間電荷區，便出現了由N到P的電場。這個電場是載流子擴散運動形成的，而不是外加電壓形成的，這便是內電場。由于內電場的存在，使得P-N結處于動態平衡狀態。

當我們給P-N結一個正向電壓，便改變了P-N結的動態平衡。注入的少數載流子（少子）與多數載流子（多子）復合時，便將多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。如果給PN結加反向電壓，少數載流子（少子）難以注入，故不發光。

利用注入式電發光原理制作的二極管就是我們常說得發光二極管，即LED。在LED得兩端加上正向電壓，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線。調節電流，便可以調節光的強度。

可以通過改變電流可以變色，這樣可以通過調整材料的能帶結構和帶隙，便可以多色發光。

LED光源的基本特征主要包括以下五點：

１、發光效率高

LED經過幾十年的技術改良，其發光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明／瓦，熒光燈50～70流明／瓦，鈉燈90～140流明／瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經改良后將達到達50～200流明／瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色可見光。目前，世界各國均加緊提高LED光效方面的研究，在不遠的將來其發光效率將有更大的提高。

２、耗電量少

LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15～18毫安，反應速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節約相當于60億升原油。就橋梁護欄燈例，同樣效果的一支日光燈40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩變化。

３、使用壽命長

采用電子光場輻射發光，燈絲發光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達10萬小時。LED燈具使用壽命可達5～10年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經常換燈之苦。

４、安全可靠性強

發熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統可以控制發光強度，調整發光方式，實現光與藝術結合。

５、有利于環保

LED為全固體發光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。

當然，節能是我們考慮使用LED光源的最主要原因，也許LED光源要比傳統光源昂貴，但是用一年時間的節能收回光源的投資，從而獲得4～9年中每年幾倍的節能凈收益期。