什么是发光二极管？

什么是发光二极管？

发光二极管（Light-Emitting Diode，简称LED）是一种能将电能直接转化为光能的半导体电子器件。

发光二极原理是利用半导体材料的“电致发光效应”，具有节能、长寿、响应快等显著优势，已广泛应用于照明、显示、通信等领域。

一、发光二极管原理

LED的核心是一块半导体芯片，由两种不同导电类型的半导体材料组成：

• P型半导体：富含空穴（带正电的载流子）；
• N型半导体：富含电子（带负电的载流子）。

当芯片两端施加正向电压时，电子从N区向P区移动，空穴从P区向N区移动，两者在PN结（P型与N型的交界面）处复合。复合过程中，电子从高能级跃迁到低能级，释放的能量以光子（光能量）的形式发出，这就是“电致发光”。

光的颜色由半导体材料的禁带宽度决定：禁带宽度越大，光子能量越高，波长越短（如蓝光、紫外光）；反之波长越长（如红光、红外光）。

二、发光二极管基本结构

LED的结构虽简单，但各部分功能关键：

1. 芯片（Die）：核心发光部分，由P型、N型半导体和PN结组成，尺寸从微米级（小功率）到毫米级（大功率）。

2. 电极：分为正极（P极）和负极（N极），用于接入电路，小功率LED多为金线焊接，大功率可能用铜柱或焊盘。

3. 发光二极管封装材料：
   

   • 小功率：环氧树脂或硅胶，保护芯片并聚焦光线（如直插LED的“圆头”“平头”）；
     
   • 大功率：陶瓷、金属基板（如铝基板），增强散热（避免高温影响寿命）。
     

4. 荧光粉（针对白光LED）：蓝光芯片搭配黄色荧光粉，蓝光与荧光粉发出的黄光混合形成白光（主流方案）。

三、发光二极管主要特点

相比传统光源（白炽灯、荧光灯），LED的优势显著：

• 高效节能：电光转换效率可达80%-90%，能耗仅为白炽灯的1/10、荧光灯的1/3。
  
• 超长寿命：正常工作寿命可达5万-10万小时（每天10小时可用13-27年），远超白炽灯（约1000小时）。
  
• 响应快速：点亮/熄灭时间仅纳秒级（ns），适用于频闪要求高的场景（如汽车转向灯、屏幕显示）。
  
• 环保安全：不含汞等有害物质，废弃物污染小；工作温度低，不易引发火灾。
  
• 灵活性强：可制成极小尺寸（如0402贴片）或集成模块，颜色丰富（红、绿、蓝、白等），支持调光调色。

局限性：

• 正向电压敏感，需恒流驱动（避免过流烧毁）；
  
• 高温会加速光衰，大功率LED需良好散热设计。

四、发光二极管分类与应用

1. 按封装形式：
   

   • 直插式：如5mm圆头LED（指示灯、玩具）；
     
   • 贴片式：如0603、0805（、显示屏背光）；
     
   • 大功率：1W、3W、5W（路灯、汽车大灯）；
     
   • 集成式：COB（Chip on Board，用于面板灯、射灯）。
     

2. 按用途：
   

   • 照明：家用灯泡、灯管、路灯、射灯；
     
   • 显示：LED屏幕（广告牌、电视）、数码管、指示灯；
     
   • 特殊领域：红外LED（遥控器、安防）、紫外LED（杀菌、固化）、汽车灯（尾灯、大灯）。

发光二极管发展

发光二极管是半导体技术发展的重要成果，凭借高效、长寿、环保等特性，已逐步取代传统光源，成为现代照明和显示领域的核心器件。

发光二极管技术仍在演进（如更高光效、更低成本），应用场景也在不断扩展（如无人机照明、智能家居，植物灯，农业补光、医疗设备）。