淺析半導體發光二極管的原理及應用特點

李文龍 孫偉峰

摘 要：在科學和信息技術高速發展的背景下，半導體技術在近二三十年得到十分迅猛的發展，它的發展和應用帶給人們帶來了福祉，尤其是在通信、高速計算、大容量信息處理、電子對抗以及武器裝備的微型化、智能化等等這些對國民經濟和國家安全至關重要的領域出現了巨大的進步，受到了人們的歡迎和重視。半導體發光二極管，是目前應用最為廣泛的的半導體材料之一。本文就半導體發光二極管的發光原理、發展現狀和應用領域做簡要的介紹。

關鍵詞：半導體；發光二極管；LED；應用領域

半導體發光二極管，又稱為LED，它使用廣泛、耗電量小，使用壽命長，低碳環保。如果要使二極管發出不同顏色的光，那么可以使用不同的發光材料進行半導體發光二極管的制作。在我國，LED逐漸在進行普及，中國家庭中很多照明設備均采用LED燈。而國家主要公路的路燈也采用LED燈進行照明，一些路燈還和太陽能發電技術相結合，從而節約了大量的能源。發光二極管按照材料的不同可分為砷鋁化鎵發光二極管、磷砷化鎵發光二極管、磷化鎵發光二極管、磷銦砷化鎵發光二極管和砷化鎵發光二極管等多種。

1 發光二極管的發展

半導體發光二極管最早在1965年由美國Monsanto公司和HP公司生產出紅光LED發光燈，從此LED正式進入市場。隨后又成功研制出紅橙黃光LED、綠光裸片LED、藍光LED。我們日常生活中常用的白光LED，恰恰相反，是在1996年才被推出，從此LED燈開始應用于照明。隨著世界科技的不斷進步，制作工藝的不斷提高，LED燈的亮度，使用壽命和制作的規模在不斷的提升，LED在人們的生活中應用的更加廣泛。表為不同顏色發光二極管的制作材料、正向電壓及功率。

2 發光二極管的原理

半導體可以被劃分為P型半導體和N型半導體，發光二極管也一樣。N型半導體帶額外電子，P型半導體帶額外“空穴”，電子可以在空穴之間跳動，從一個空穴轉移到另外一個空穴。電子的流動就會產生電流，當有正向電流通過晶片時，電子就會與P區的空穴進行結合，然后會發出能量，這種能量以光子的形式存在，這就是半導體發光二極管為何會發光的原因。圖為發光二極管的結構示意圖。

3 發光二極管的特點

3.1 節約能源

因為在LED發光的過程中，總的能量是一定的，有很多能量都轉化為光能，只有一部分能量轉化為熱能。而傳統的白熾燈泡發光的時候，它的燈絲被有上千攝氏度的高溫，很多能量以熱量的形式散發出去，因此造成了能源的浪費。

在相同的照明條件下，若使用節能的LED燈代替普通的白熾燈，大約能夠節約80%90%的能源。

3.2 發光二極管壽命長

二極管的發光壽命長達十萬個小時左右，這是由于發光二極管不同于傳統白熾燈的發光機理而決定的。傳統的白熾燈使用時間長之后會出現老化和斷絲的現象。而發光二極管是靠載流子的不斷移動而發光的，因此不會出現上述情況。較長的壽命賦予了發光二極管較好的穩定性，使發光二極管被廣泛應用到工業生產中作為指示燈。

4 發光二極管的應用領域

在現代城市的照明領域，半導體發光二極管常常被當成是白熾燈的替代品而被廣泛使用。在通常的情況下，白熾燈的功耗較大，使用壽命不長。而白色發光二極管不僅使用壽命長而且使用功率小，能夠節省能源，符合現代節能減排的綠色經濟理念。人們將紅綠藍三種顏色半導體發光二極管組合在一起，按照不同的發光比例就能夠展現出不同的顏色，此外，半導體發光二極管也常常被制作成建筑上的誘導燈，安裝在大樓上，作為裝飾品，營造良好的氛圍。

在數碼顯示領域，半導體發光二極管經常被制作成七段數碼管這樣簡單的顯示屏，這種顯示屏以矩陣形式排列，通過控制不同的二極管發光，排列顯示出文字圖形信息。利用這個原理可以制作出彩色顯示屏，而且就目前來看，全彩顯示屏在公共場所得到了廣泛使用。半導體發光二極管也經常被用作為數碼管使用，用來顯示數字，來代替傳統的儀器儀表中的指針式儀表盤，以及數字手表和普通計算器等設備上。這種數碼管被廣泛應用與工業，軍事以及民用的儀器儀表當中。

5 結語

綜上所述，新時期在社會經濟不斷發展的過程中，科學技術也在不斷的進步，科技正在逐步的改變我們的生活。而發光二極管已經普遍存在我們的身邊，它作為光源具有耗電少，節能環保，安全可靠等優點。各行各業對發光二極管的應用同時也從促進了半導體發光二極管的制造和使用。

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作者簡介：李文龍（1995），鄭州大學本科生，研究方向：測控技術與儀器；孫偉峰（1995 ），鄭州大學本科生，研究方向：測控技術與儀器。