發光二極管(LED),發光二極管(LED)的原理和作用是什么?

發光二極管(LED)的發光原理可以用PN結的能帶結構來解釋：當導帶中的電子與價帶中的空穴復合時，電子由高能級躍遷到低能級，電子將多余的能量以發射光子的形式釋放出來，產生電致發光現象。

發光二極管LED（Light Emitting Diode）是一種冷光源，輻射主要集中在可見光區，幾乎不產生熱，也消除了非可見光區電磁波對人體的危害。與熒光燈相比，白光LED的制造與使用過程都不會引入汞的污染;與疊有許多線裝光譜的熒光燈光譜相比，白光LED的連續光譜更接近自然光;白光LED能耗僅為白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一;白光LED的壽命可達10萬小時，是傳統熒光燈的50-100倍，這些對環境保護和節約能源具有重要意義。

發光二極管（LED)由于具有功耗低、體積小、可靠性高、壽命長和相應快等優點，早己廣泛應用于儀器儀表、計算機、汽車、電子玩具、通訊、自動控制、軍事等領域。自從上世紀90年代，國外相繼開發出四元系(AIGaInP)的紅、橙、黃光和氮化驚(GaN)基的藍、綠、紫外光的高亮度發光二極管(High Brightness Light Emitting Diode簡稱HB-LED )，為LED的應用開辟了巨大的新市場。隨著LED材料的革新、工藝的改進和生產規模的提高，LED的光效將提高、價格將下降，可以預測到LED在照明領域的應用越來越廣，將真正替代白熾燈、熒光燈等傳統光源，成為新一代的綠色光源，其在照明市場的潛力將是不可估量的。特別是隨著第三代半導體材料GaN的突破和藍、白光發光二極管的問世，繼半導體技術引發微電子技術革命之后，一場以半導體照明新興產業的興起為標志的新的產業革命----照明革命正在孕育和發展。

　發光二極管(LightEmittingDiode,LED)，是一種半導體組件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光LED的出現，也被用作照明。它被譽為21世紀的新型光源，具有效率高，壽命長，不易破損等傳統光源無法與之比較的優點。加正向電壓時，發光二極管能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所采用的半導體材料的化學組成成分，可使發光二極管發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。1955年，美國無線電公司（RadioCorporationofAmerica）的魯賓?布朗石泰（RubinBraunstein）（1922年生）首次發現了砷化鎵(GaAs)及其它半導體合金的紅外放射作用。1962年，通用電氣公司的尼克?何倫亞克（NickHolonyakJr.）（1928年生）開發出第一種實際應用的可見光發光二極管。
　　LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。
原理
　　發光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發光二極管由半導體芯片組成，這些半導體材料會預先通過注入或摻雜等工藝以產生pn結結構。與其它二極管一樣，發光二極管中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向pn結。當空穴和電子相遇而產生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的方式釋放出能量。
　　它所發出的光的波長，及其顏色，是由組成pn結的半導體物料的禁帶能量所決定。由于硅和鍺是間接禁帶材料，在這些材料中電子與空穴的復合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以硅和鍺二極管不能發光。發光二極管所用的材料都是直接禁帶型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。
　　在發展初期，采用砷化鎵(GaAs)的發光二極管只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，人們已經制造出可發出更短波長的、各種顏色的發光二極管。
　　以下是傳統發光二極管所使用的無機半導體物料和所它們發光的顏色：
　　鋁砷化稼(AlGaAs)-紅色及紅外線
　　鋁磷化稼(AlGaP)-綠色
　　aluminiumgalliumindiumphosphide(AlGaInP)-高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色
　　磷砷化稼(GaAsP)-紅色，橘紅色，黃色