發(fā)光二極管,通常稱(chēng)為 LED,是在電子學(xué)世界里面的真正無(wú)名英雄。它們做了許多不同工作和在各種各樣的設備都可以看見(jiàn)它的存在。

 

基本上,發(fā)光二極管只是一個(gè)微小的電燈泡。但不像常見(jiàn)的白熾燈泡，發(fā)光二極管沒(méi)有燈絲，而且又不會(huì )特別熱。它單單是由半導體材料里的電子移動(dòng)而使它發(fā)光。

 

什么是二極管?

 

二極管是半導體設備中的一種最常見(jiàn)的器件,大多數半導體最是由攙雜半導體材料制成(原子和其它物質(zhì))發(fā)光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼,在純鋁砷化稼中,所有的原子都完美的與它們的鄰居結合,沒(méi)有留下自由電子連接電流。在攙雜物質(zhì)中，額外的原子改變電平衡，不是增加自由電子就是創(chuàng )造電子可以通過(guò)的空穴。這兩樣額外的條件都使得材料更具傳導性。帶額外電子的半導體叫做 N 型半導體，由于它帶有額外負電粒子，所以在 N 型半導體材料中，自由電子是從負電區域向正電區域流動(dòng)。帶額外“電子空穴”的半導體叫做 P 型半導體，由于帶有正電粒子。電子可以從另一個(gè)電子空穴跳向另一個(gè)電子空穴，從從負電區域向正電區域流動(dòng)。

 

因此，電子空穴本身就顯示出是從正電區域流向負電區域。二極管是由 N 型半導體物質(zhì)與 P 型半導體物質(zhì)結合，每端都帶電子。這樣排列使電流只能從一個(gè)方向流動(dòng)。當沒(méi)有電壓通過(guò)二極管時(shí)，電子就沿著(zhù)過(guò)渡層之間的匯合處從 N 型半導體流向 P 型半導體，從而形成一個(gè)損耗區。在損耗區中，半導體物質(zhì)會(huì )回復到它原來(lái)的絕緣狀態(tài) -- 所有的這些“電子空穴”都會(huì )被填滿(mǎn)，所有就沒(méi)有自由電子或電子真空區和電流不能流動(dòng)。

為了除掉損耗區就必須使 N 型向 P 型移動(dòng)和空穴應反向移動(dòng)。為了達到目的，連接二極管 N 型一方到電流的負極和 P 型就連接到電流的正極。這時(shí)在 N 型物質(zhì)的自由電子會(huì )被負極電子排斥和吸引到正極電子。在 P 型物質(zhì)中的電子空穴就移向另一方向。當電壓在電子之間足夠高的時(shí)候，在損耗區的電子將會(huì )在它的電子空穴中和再次開(kāi)始自由移動(dòng)。損耗區消失，電流流通過(guò)二極管。

 

 

 

如果嘗試使電流向其它方向流動(dòng)，P 型端就邊接到電流負極和 N 型連接到正極，這時(shí)電流將不會(huì )流動(dòng)。N 型物質(zhì)的負極電子被吸引到正極電子。P 型物質(zhì)的正極電子空穴被吸引到負極電子。因為電子空穴和電子都向錯誤的方向移動(dòng)所以就沒(méi)有電流流通過(guò)匯合處，損耗區增加。

 

 

 

為什么二極管會(huì )發(fā)光?

 

光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來(lái)。是由許多有能量和動(dòng)力但沒(méi)質(zhì)量的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因為電子移動(dòng)才釋放出來(lái)。在原子中，電子在原子的四周?chē)攒壍佬问揭苿?dòng)。電子在不同的軌函數有著(zhù)不同等的能量。通常來(lái)說(shuō)，有著(zhù)更大能量的電子以軌道移動(dòng)遠離了核子。當電子從一個(gè)更低的軌道跳到一個(gè)更高的軌道，能量水平就增高，反過(guò)來(lái)，當從更高軌函數跌落到更低的軌函數里時(shí)電子就會(huì )釋放能量。能量是以光子形式釋放出來(lái)的。更高能量下降釋放更高能量的光子，它的特點(diǎn)在于它的高頻率。

 

自由電子從 P 型層通過(guò)二極管落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個(gè)更低的軌函數，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極管里都會(huì )發(fā)生的，當二極管是由某種物質(zhì)組成的時(shí)候，你只是可以看見(jiàn)光子。在標準硅二極管的原子，比如說(shuō)，當電子跌落到相對短距離原子是以這樣的方式排列。結果，由于電子頻率這么低的情況下人的眼睛是無(wú)法看得到的。

 

可見(jiàn)光發(fā)光二極管，比如用在數字顯示式時(shí)鐘的，間隙的大小決定了光子的頻率，換句話(huà)說(shuō)就是決定了光的色彩。當所有二極管都發(fā)出光時(shí)，大多數都不是很有效的。在普通二極管里，半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發(fā)光二極管是由一個(gè)塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個(gè)特定方向。

 

 

 

發(fā)光二極管比傳統的白熾燈有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)是發(fā)光二極管沒(méi)有燈絲會(huì )燒壞，所以壽命就更長(cháng)。此外，發(fā)光二極管的小小塑性燈泡使得發(fā)光二極管更持久耐用。還可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發(fā)光過(guò)程包含了產(chǎn)生大量熱量。這是完全是浪費能源。除非你把燈當做發(fā)熱器用，因為絕大部分有效電流并不是直接產(chǎn)生可見(jiàn)光的。發(fā)光二極管所發(fā)出的熱非常少，相對來(lái)說(shuō)，越多電能直接發(fā)光就是越大程度上減少對電能的需求。