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手电筒日常常识

亮破天际的超亮度LED强光手电筒发光原理,亮瞎我的眼!

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发光二极管(LightEmittingDiode,LED),是一种固态的半导体器件,可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成PN结的材料决定的。


发光二极管(LED)是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等制成的,其核心是PN结。因此它具有PN结的单向导电特性,即正向导通、反向截止及击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向偏置电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1所示。

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图1LED的发光原理


假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、价带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以仅在靠近PN结面数微米以内产生光。


理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即λ≈1240/Eg(1-1)式中,Eg的单位为电子伏特(eV)。


若能产生可见光,则其波长为380(紫光)~780nm(红光)。半导体材料的Eg应为3.26~1.63eV。


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点击次数:  更新时间:2018-09-13 13:00:31  【打印此页】  【关闭