LED的本質(zhì)和發(fā)光原理是什么，彩色的LED燈是怎么做出來的

白熾燈和LED燈發(fā)光亮度的對(duì)比，他們都是在一瓦的電功率的情況下，就量度而言，LED比白熾燈亮十多倍，接下來我們就來說一下led燈到底是怎么發(fā)光的。

LED的全稱是Light Emitting Diode，意思是發(fā)光二極管，所以本質(zhì)上LED也屬于二極管的一種，由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，就拿普通的二極管來說，比如當(dāng)我們給他加正向電壓時(shí)，他就能導(dǎo)通，加反向電壓的話，這個(gè)二極管就會(huì)截止。

這是因?yàn)榘l(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為P-N結(jié)，N區(qū)有更多的自由電子，而P區(qū)有更多的空穴，當(dāng)我們加正向電壓時(shí)，電子會(huì)被電廠吸引而與空穴復(fù)合，自由電子和空穴復(fù)合的時(shí)候會(huì)釋放熱量，LED燈的原理和這個(gè)二極管類似，但是當(dāng)自由電子和空穴復(fù)合的時(shí)候，他對(duì)外釋放光能。

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普通二極管和led燈的工作原理差不多，為什么一個(gè)發(fā)熱，而另一個(gè)為什么發(fā)光呢？當(dāng)電流通過晶片時(shí)，N型半導(dǎo)體內(nèi)的電子與P型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴在發(fā)光層劇烈地碰撞復(fù)合產(chǎn)生光子，以光子的形式發(fā)出能量（即大家看見的光），這完全取決于半導(dǎo)體的材料，普通二極管采用的半導(dǎo)體材料是硅，硅原子最外層有四個(gè)電子。

純凈的硅晶體的原子最外層能形成穩(wěn)定的八電子結(jié)構(gòu)，它的N區(qū)是在純凈的硅原子中摻雜了5價(jià)磷，所以最外層多出來一個(gè)自由電子，而它的P區(qū)是在純凈的硅原子中摻雜了3價(jià)硼。

這樣就導(dǎo)致他最外層缺少一個(gè)電子，形成空穴，當(dāng)我們給他施加正向電壓，自由電子就會(huì)和空穴復(fù)合，復(fù)合的同時(shí)就會(huì)釋放熱量，之所以會(huì)釋放熱量是硅這種物質(zhì)決定的，LED采用的半導(dǎo)體材料不是硅，而是化合物。

比如氮化鎵，氮原子最外層有五個(gè)電子，鎵最外層有三個(gè)電子，所以純凈的氮化鎵中，氮原子和鎵原子最外層也都能形成穩(wěn)定的八電子結(jié)構(gòu)，它的N區(qū)是在純凈的氮化鎵中摻雜了4價(jià)硅，這樣就導(dǎo)致最外層多出一個(gè)電子。

P區(qū)是在氮化鎵中摻雜了2價(jià)鎂，導(dǎo)致最外層缺少一個(gè)電子形成空穴，LED的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是這樣的，當(dāng)我們給他加正向電壓，自由電子與空穴復(fù)合，復(fù)合之后產(chǎn)生光子，LED就是這樣發(fā)光的。

還有就是它發(fā)出的光是藍(lán)色的，這是由于氮化鎵這種材料決定的，實(shí)際的LED還需要再給他加一個(gè)藍(lán)寶石襯底，然后再加一層氮化鎵緩沖層，這些主要作用就是一個(gè)載體，用來長在上述的發(fā)光氮化鎵結(jié)構(gòu)。

接下來把它們放在LED燈的負(fù)極引腳上，然后用一根很細(xì)的導(dǎo)線把她接到正極引腳上，最后給他加一個(gè)透明樹脂封裝，LED燈就生產(chǎn)完成了，給它通上電，它就能發(fā)出藍(lán)光了。

應(yīng)用不同的半導(dǎo)體材料就能發(fā)出不同顏色的光，比如采用鎘硒化鋅半導(dǎo)體材料的LED可以發(fā)出綠色的光，采用磷化鋁鎵銦可以發(fā)出黃色的光，砷化鋁鎵可以發(fā)出紅色的光。

那怎么發(fā)出白光呢？最簡單的辦法是在藍(lán)色LED燈半導(dǎo)體上注入黃色的熒光體，這樣就能發(fā)出白光了，還有一種辦法就是用多種半導(dǎo)體晶片組合的方式，把紅、綠、藍(lán)三種顏色的半導(dǎo)體材料都集成到一個(gè)led燈里面，這樣也能發(fā)出白色的光。

對(duì)于白光LED，內(nèi)部結(jié)構(gòu)除了芯片之外，還有熒光粉。一般用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉，復(fù)合得到白光，這里除了芯片的電致發(fā)光之外，還有熒光粉的光致發(fā)光。除此形式之外，還有三基色的芯片組合得到白光。

還有就是不同顏色的光，它的發(fā)光效率也是不一樣的，發(fā)光效率的單位是流明為瓦，意思就是在一瓦電功率的情況下發(fā)射了多少流明的光，這個(gè)值越大越好，以白熾燈為例，在一瓦的電功率情況下，他只能發(fā)出13流明的光。

接下來我們來看看各種顏色的LED相比于白熾燈效率提高了多少吧？

最后給大家分享不同的半導(dǎo)體材料所對(duì)應(yīng)的波長，Led燈壓降，如果你覺得文章對(duì)你有幫助，別忘了幫我點(diǎn)個(gè)贊。

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審核編輯：符乾江