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LED燈的運作原理

LED(Light Emitting Diode),發光二極管,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED的心髒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,在它裏麵空穴占主導地位,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於這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區裏電子跟空穴複合,然後就會以光子的形式發出能量,這就是LED燈發光的原理。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。
最初LED用作儀器儀表的指示光源,後來各種光色的LED在交通信號燈和大麵積顯示屏中得到了廣泛應用,產生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例,在美國本來是采用長壽命,低光視效能的140瓦白熾燈作為光源,它產生2000流明的白光。經紅色濾光片後,光損失90%,隻剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中,Lumileds公司采用了18個紅色LED光源,包括電路損失在內,共耗電14瓦,即可產生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。
對於一般照明而言,人們更需要白色的光源。1998年發白光的LED開發成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發藍光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫燒結製成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發後發出黃色光射,峰值550nLED燈m。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹脂薄層,約200-500nm。 LED基片發出的藍光部分被熒光粉吸收,另一部分藍光與熒光粉發出的黃光混合,可以得到得白光。對於InGaN/YAG白色LED,通過改變YAG熒光粉的化學組成和調節熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED得到白光的方法,構造簡單、成本低廉、技術成熟度高,因此運用最多。

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