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发光二极管原理图正负极 发光二极管的发光原理是什么( 二 )


1993年，当时在日本Nichia Corporation（日亚化工）工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990 年代后期得到广泛应用 。理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白光，但白光LED却很少是这样造出来的 。
现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED(near-UV，波长450nm至470nm)上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的钇铝石榴石(Ce3+:YAG)晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的 。当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光谱中心约为580nm）的主要为黄色的光 。（实际上单晶的掺Ce的YAG被视为闪烁器多于磷光体 。）由于黄光会刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作“月光的白色” 。这种制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所开发并从1996年开始用在生产白光LED上 。若要调校淡黄色光的颜色，可用其它稀土金属铽或钆取代Ce3+:YAG中掺入的铈(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的方式做到 。而基于其光谱的特性，红色和绿色的对象在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明 。另外由于生产条件的变异，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分 。
另一个制作的白光LED的方法则有点像日光灯，发出近紫外光的LED会被涂上两种磷光体的混合物，一种是发红光和蓝光的铕，另一种是发绿光的，掺杂了硫化锌(ZnS)的铜和铝 。但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂裂化变质，所以生产难度较高，而寿命亦较短 。与第一种方法比较，它效率较低而产生较多热(因为StokesShift前者较大)，但好处是光谱的特性较佳，产生的光比较好看 。而由于紫外光的LED功率较高，所以其效率虽比较第一种方法低，出来的亮度却相若 。最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体 。新的做法是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层 。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光 。
极性
发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极 。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极 。
LED单向导通性
LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关 。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点 。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降 。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向 。
特性
与白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱 。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器 。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9，10个阿拉伯数字以及A，B，C，D，E，F等部分字母（必须区分大小写） 。
参数
LED的光学参数中重要的几个方面就是：光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长 。
发光效率和光通量
发光效率就是光通量与电功率之比，单位一般为lm/W 。发光效率代表了光源的节能特性，这是衡量现代光源性能的一个重要指标 。
发光强度和光强分布
LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性 。这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察角度 。比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像 。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别 。


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