發(fā)光二極管原理，發(fā)光二極管的工作原理深入淺出

來源：整理時(shí)間：2023-08-20 21:27:12 編輯：智能門戶手機(jī)版

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1，發(fā)光二極管的工作原理深入淺出
2，發(fā)光二極管是怎么發(fā)光的
3，發(fā)光二極管的定義LED的制造工藝原理
4，發(fā)光二極管的原理

1，發(fā)光二極管的工作原理深入淺出

半導(dǎo)體硅不是單向?qū)щ娦?，P-N結(jié)才有單向?qū)щ娦浴６鳳-N結(jié)要用到硅做主要材料。先看二極管的原理。二極管有一個(gè)P結(jié)和一個(gè)N結(jié)構(gòu)成，其中P結(jié)摻雜（比如加入硼），另一個(gè)摻其他不同的雜質(zhì)雜（比如磷），將兩個(gè)結(jié)的材料健和連接起來就形成了P-N結(jié)，也就是二極管。這樣電子就能從摻雜的一邊經(jīng)過先，在電場力的作用下，穿過另一個(gè)摻雜的一邊。形成回路。但不能從另一個(gè)摻雜的一邊先過。于是就形成了單向?qū)щ娦?。這就是二極管原理。發(fā)光二極管，就是在P-N結(jié)中介入了一層活性物質(zhì)。LED發(fā)光就靠這層活性物質(zhì)。當(dāng)電子從一個(gè)結(jié)出來時(shí)，大部分電子會(huì)掉到地能帶。而出于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)的活性物質(zhì)的活性原子。獲得電子的能量后放出光子。放出N多光子后，這時(shí)宏觀上就看到LED發(fā)光了。是一個(gè)電能轉(zhuǎn)化成光能的過程。

最直接的就是：直接將電能轉(zhuǎn)化成光能！

這個(gè)東西又叫LED，是由磷，砷，鎵的化合物組成，不同的發(fā)不同顏色的光，到百度搜下吧，寫的很明白

發(fā)光二極管的工作原理深入淺出

2，發(fā)光二極管是怎么發(fā)光的

根本原理是電子的能級(jí)躍遷！一個(gè)原子中的電子有很多能級(jí)，當(dāng)電子從高能級(jí)向低能級(jí)跳變時(shí)，電子的能量就減少了，而減少的能量則轉(zhuǎn)變成光子發(fā)射出去。大量的這些光子就是激光了。 LED原理類似。不過不同的是，LED并不是通過原子內(nèi)部的電子躍變來發(fā)光的，而是通過將電壓加在LED的PN結(jié)兩端，使PN結(jié)本身形成一個(gè)能級(jí)（實(shí)際上，是一系列的能級(jí)），然后電子在這個(gè)能級(jí)上躍變并產(chǎn)生光子來發(fā)光的。發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。

發(fā)光二級(jí)管發(fā)光原理：因發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)主要同支架、導(dǎo)線、發(fā)光芯片這三個(gè)部分是構(gòu)成發(fā)光二極管發(fā)光的主要組成部件。其發(fā)光就全靠這三個(gè)部分，另外為避免靜電損壞和防止發(fā)光芯片裸露在空氣中氧化，東莞銀亮電子會(huì)將發(fā)光芯片表面封有膠體。支架正極接通電流->導(dǎo)線將電流導(dǎo)入發(fā)光芯片(將電能轉(zhuǎn)化為光能)->電流從支架負(fù)極流出。

發(fā)光二極管是怎么發(fā)光的

3，發(fā)光二極管的定義LED的制造工藝原理

定義1：注入一定的電流后，電子與空穴不斷流過PN結(jié)或與之類似的結(jié)構(gòu)面，并進(jìn)行自發(fā)復(fù)合產(chǎn)生輻射光的二極管半導(dǎo)體器件。應(yīng)用學(xué)科：測繪學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；測繪儀器（二級(jí)學(xué)科）定義2：在半導(dǎo)體p-n結(jié)或與其類似結(jié)構(gòu)上通以正向電流時(shí)，能發(fā)射可見或非可見輻射的半導(dǎo)體發(fā)光器件。應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；儀器儀表元件（二級(jí)學(xué)科）；顯示器件（三級(jí)學(xué)科）LED制造工藝流程從擴(kuò)片到包裝1.LED芯片檢驗(yàn)　　鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑(lockhill芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整　　2.LED擴(kuò)片　　由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約 0.1mm),不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張,是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張,但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問題?！　?.LED點(diǎn)膠　　在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。(對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底,具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片,采用絕緣膠來固定芯片。)　　工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制,在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。　　由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時(shí)間都是工藝上必須注意的事項(xiàng)。　　4.LED備膠　　和點(diǎn)膠相反,備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上,然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠,但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝?！　?.LED手工刺片　　將擴(kuò)張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺(tái)的夾具上,LED支架放在夾具底下,在顯微鏡下用針將LED芯片一個(gè)一個(gè)刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動(dòng)裝架相比有一個(gè)好處,便于隨時(shí)更換不同的芯片,適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品?！　?.LED自動(dòng)裝架　　自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠(點(diǎn)膠)和安裝芯片兩大步驟,先在LED支架上點(diǎn)上銀膠(絕緣膠),然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動(dòng)位置,再安置在相應(yīng)的支架位置上。自動(dòng)裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程,同時(shí)對(duì)設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴,防止對(duì)LED芯片表面的損傷,特別是藍(lán)、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎?huì)劃傷芯片表面的電流擴(kuò)散層?！　?.LED燒結(jié)　　燒結(jié)的目的是使銀膠固化,燒結(jié)要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控,防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃,燒結(jié)時(shí)間2小時(shí)。根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃,1小時(shí)。絕緣膠一般150℃,1小時(shí)?！　°y膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時(shí)(或1小時(shí))打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品,中間不得隨意打開。燒結(jié)烘箱不得再其他用途,防止污染?！　?.LED壓焊　　壓焊的目的將電極引到LED芯片上,完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作?！　ED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程,先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn),再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方,壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點(diǎn)前先燒個(gè)球,其余過程類似?！　汉甘荓ED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀,焊點(diǎn)形狀,拉力?！　?.LED封膠　　LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)。設(shè)計(jì)上主要是對(duì)材料的選型,選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗(yàn))　　9.1LED點(diǎn)膠：　　TOP-LED和Side-LED適用點(diǎn)膠封裝。手動(dòng)點(diǎn)膠封裝對(duì)操作水平要求很高(特別是白光LED),主要難點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)膠量的控制,因?yàn)榄h(huán)氧在使用過程中會(huì)變稠。白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題?！　?.2LED灌膠封裝　　Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧,然后插入壓焊好的LED支架,放入烘箱讓環(huán)氧固化后,將LED從模腔中脫出即成型?！　?.3LED模壓封裝　　將壓焊好的LED支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機(jī)合模并抽真空,將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中,環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個(gè)LED成型槽中并固化?！　?0.LED固化與后固化　　固化是指封裝環(huán)氧的固化,一般環(huán)氧固化條件在135℃,1小時(shí)。模壓封裝一般在150℃,4分鐘。后固化是為了讓環(huán)氧充分固化,同時(shí)對(duì)LED進(jìn)行熱老化。后固化對(duì)于提高環(huán)氧與支架(PCB)的粘接強(qiáng)度非常重要。一般條件為120℃,4小時(shí)。　　11.LED切筋和劃片　　由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的(不是單個(gè)),Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上,需要?jiǎng)澠瑱C(jī)來完成分離工作?！　?2.LED測試　　測試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸,同時(shí)根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選?！　?3.LED包裝　　將成品進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。

led（light emitting diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是led發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成p-n結(jié)的材料決定的。你到市場上找一下統(tǒng)佳光電的led發(fā)光二極管研究一下，

發(fā)光二極管的定義LED的制造工藝原理

4，發(fā)光二極管的原理

它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算： R=（E－UF）/IF式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發(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N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色 LED材料材料化學(xué)式顏色鋁砷化鎵砷化鎵砷化鎵磷化物磷化銦鎵鋁磷化鎵（摻雜氧化鋅) AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO紅色及紅外線鋁磷化鎵銦氮化鎵/氮化鎵磷化鎵磷化銦鎵鋁鋁磷化鎵 InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP綠色磷化鋁銦鎵砷化鎵磷化物磷化銦鎵鋁磷化鎵 GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色磷砷化鎵 GaAsP 紅色，橘紅色，黃色磷化鎵硒化鋅銦氮化鎵碳化硅 GaP ZnSe InGaN SiC紅色，黃色，綠色氮化鎵(GaN) 　綠色，翠綠色，藍(lán)色銦氮化鎵 InGaN近紫外線，藍(lán)綠色，藍(lán)色碳化硅(用作襯底) SiC藍(lán)色硅(用作襯底) Si藍(lán)色藍(lán)寶石(用作襯底) Al2O3藍(lán)色硒化鋅 ZnSe藍(lán)色鉆石 C　　紫外線氮化鋁,氮化鋁鎵 AlN AlGaN波長為遠(yuǎn)至近的紫外線白光LED1993年，當(dāng)時(shí)在日本Nichia Corporation（日亞化工）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發(fā)明了基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED，這類LED在1990 年代后期得到廣泛應(yīng)用。理論上藍(lán)光LED結(jié)合原有的紅光LED和綠光LED可產(chǎn)生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來的?，F(xiàn)時(shí)生產(chǎn)的白光LED大部分是通過在藍(lán)光LED(near-UV，波長450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當(dāng)LED芯片發(fā)出藍(lán)光，部分藍(lán)光便會(huì)被這種晶體很高效地轉(zhuǎn)換成一個(gè)光譜較寬（光譜中心約為580nm）的主要為黃色的光。（實(shí)際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。）由于黃光會(huì)刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍(lán)光，使它看起來就像白色光，而其的色澤常被稱作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發(fā)并從1996年開始用在生產(chǎn)白光LED上。若要調(diào)校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。而基于其光譜的特性，紅色和綠色的對(duì)象在這種LED照射下看起來會(huì)不及闊譜光源照射時(shí)那么鮮明。另外由于生產(chǎn)條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統(tǒng)一，從暖黃色的到冷的藍(lán)色都有，所以在生產(chǎn)過程中會(huì)以其出來的特性作出區(qū)分。另一個(gè)制作的白光LED的方法則有點(diǎn)像日光燈，發(fā)出近紫外光的LED會(huì)被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發(fā)紅光和藍(lán)光的銪，另一種是發(fā)綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會(huì)使黏合劑中的環(huán)氧樹脂裂化變質(zhì)，所以生產(chǎn)難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產(chǎn)生較多熱(因?yàn)镾tokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產(chǎn)生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。最新一種制造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時(shí)其活躍地帶會(huì)發(fā)出藍(lán)光而基板會(huì)發(fā)黃光，混合起來便是白色光。極性發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。LED單向?qū)ㄐ訪ED只能往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡凶髡蚱茫ㄕ蚱珘海?，?dāng)電流流過時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購入價(jià)格上，也因?yàn)橥度胧袌龅膹S商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發(fā)展民用的去向。特性與白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0～9，10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字以及A，B，C，D，E，F(xiàn)等部分字母（必須區(qū)分大小寫）。參數(shù)LED的光學(xué)參數(shù)中重要的幾個(gè)方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)分布、波長。發(fā)光效率和光通量發(fā)光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。發(fā)光強(qiáng)度和光強(qiáng)分布LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。波長對(duì)于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍(lán)、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因?yàn)樵谠S多場合下，比如交通信號(hào)燈對(duì)顏色就要求比較嚴(yán)格，不過據(jù)觀察我國的一些LED信號(hào)燈中綠色發(fā)藍(lán)，紅色的為深紅，從這個(gè)現(xiàn)象來看我們對(duì)LED的光譜特性進(jìn)行專門研究是非常必要而且很有意義的。