發光二極體英語:Light-emitting diode縮寫LED[1]是一種能發光的半導體電子元件,透過三價與五價元素所組成的複合光源。此種電子元件早在1962年出現,早期只能夠發出低光度的紅光,被惠普買下專利後當作指示燈利用。及後發展出其他單色光的版本,時至今日,能夠發出的光已經遍及可見光、紅外線紫外線,光度亦提高到相當高的程度。用途由初時的指示燈及顯示板等;隨著白光發光二極體的出現,近年逐漸發展至被普遍用作照明用途。

發光二極體只能夠往一個方向導通(通電),叫作順向偏壓,當電流流過時,電子與電洞在其內複合而發出單色光,這叫電致發光效應,而光線的波長、顏色跟其所採用的半導體物料種類與故意摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、反應速度快、可靠性高等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率近年有所進步;每千流明成本,也因為大量的資金投入使價格下降,但成本仍遠高於其他的傳統照明。雖然如此,近年仍然越來越多被用在照明用途上。

2014年憑藉「發明高亮度藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」,天野浩赤崎勇中村修二共同獲得諾貝爾物理學獎[2]

基本原理

 

發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣,發光二極體由半導體晶片組成,這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極體一樣,發光二極體中電流可以輕易地從p極(陽極)流向n極(陰極),而相反方向則不能。兩種不同的載流子:電洞電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當電洞和電子相遇而產生複合,電子會跌落到較低的能階,同時以光子的模式釋放出能量(光子也即是我們常稱呼的光)。

它所發射出的光的波長(顏色)是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於間接帶隙材料,在常溫下,這些材料內電子與電洞的複合是非輻射躍遷,此類躍遷沒有釋出光子,而是把能量轉化為熱能,所以矽和鍺二極體不能發光(在極低溫的特定溫度下則會發光,必須在特殊角度下才可發現,而該發光的亮度不明顯)。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的,因此能量會以光子形式釋放,這些禁帶能量對應著近紅外線可見光、或近紫外線波段的光能量。

發展初期,採用砷化鎵(GaAs)的發光二極體只能發射出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步,新研發成功的發光二極體能夠發射出頻率越來越高的光波。現今,已可製成各種顏色的發光二極體。

二極體通常建構於N型基板,在其表面沉積一層P型半導體,用電極連結在一起。P型基板比較不常見,但也有被使用。很多商業發光二極體,特別是GaN/InGaN,也會使用藍寶石基板。

大多數用來製成發光二極體的物質具有非常高的折射率。這意味著大部分光波會在物質與空氣的介面會被反射回物質,因此,光波萃取對於發光二極體是很重要的論題,大量研究與發展都聚焦於這論題。

LED的應用

應用

發光二極體所需推動電壓及功率低,方便由運作電壓低的微處理器控制及在以電池作電源的設備上使用,所以常被用在各種電子產品、設備的狀態指示燈。在消費性電子產品,手提嵌入式電子設備,家庭電器、玩具、各種儀器…等用途上作為工作狀態顯示燈。

單一發光二極體常被用作狀態顯示(例如電源狀況),也有製成七段顯示器的LED組用作顯示數字,而通常會在右下方加上「‧」、「,」,以顯示小數點等。在多年前,當顯示器技術並不發達時,有些發光二極體組能有14劃,可以顯示26個英文字母,但當微電子等顯示技術成熟後,這種發光二極體組已極小被採用。

交通、道路等的指示燈[編輯]

 
LED 交通號誌
  • 在車輛上的應用:當LED的光度發展達至要求後,便有汽車用LED作轉向與剎車燈,主要好處是LED極高的開關速度,其亮起時間比白熾燈快0.5秒之多,且LED燈在白天時與白熾燈炮相比亮度較高、使用壽命長、點亮速度快,更可增加6m的煞車辨識距離,也可降低事故發生,這對行車安全非常重要。而車輛行駛環境中震盪、溫差變化下,LED仍然有穩定的光度及可靠性。最近有極小部份車輛開始使用白色LED作為車頭燈,其好處是光線的方向控制比白熾燈加拋物線反射鏡好。有些緊急服務車輛的閃光警標也使用LED,LED可以高速閃動的特性簡化了以往產生閃動效果的機械結構而更加可靠。
  • 在道路上的應用:同樣工作在戶外環境的交通燈使用開關快速的LED也很適合,LED壽命較長也減少壞燈及影響交通的機會。不過在氣候較低溫的地方,LED交通燈會有被積雪蓋著的問題。此外公路的訊息顯示板也使用LED點陣顯示,這些顯示板多採用黃或紅色LED以求兼顧夜間環境。這類顯示器叫發光二極體顯示器,是平板顯示器的一種。
  • 公共場所的平板顯示器:在機場、機艙、火車站、巴士站、碼頭等…各種公共運輸工具上等地方,LED被普遍地採用作為平板顯示器以顯示如班次、目的地、時間等相關訊息。而LED的可靠性與低耗電,使其也適合用作緊急出囗指示燈。

    內容來源https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BC%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1#%E5%84%AA%E9%BB%9E

 

 

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