朱式業(yè)吉首大學(xué)

半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其各領(lǐng)域的應(yīng)用

朱式業(yè)吉首大學(xué)

作為常見的發(fā)光元器件，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的應(yīng)用范圍較廣?；谶@種情況，本文對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理展開了分析，然后對(duì)其在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況及原理展開了探討，以期為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

半導(dǎo)體發(fā)光二極管；發(fā)光原理；應(yīng)用領(lǐng)域

引言

作為體積小、反應(yīng)靈敏和用電量少的發(fā)光元器件，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的混光性和指示性較強(qiáng)。使用不同的發(fā)光材料進(jìn)行半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作，就可以發(fā)出不同顏色的光。除此之外，半導(dǎo)體發(fā)光二極管還具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高和環(huán)保耐用等優(yōu)點(diǎn)，所以能夠在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1 半導(dǎo)體發(fā)光二極管的基本原理

從本質(zhì)上來講，發(fā)光二極管就是光發(fā)射二極管，是一種屬于固態(tài)光源的半導(dǎo)體發(fā)光器件。不同于過去的發(fā)光二極管，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光通量相對(duì)較大，不僅能夠在電器儀表上作為指示燈，還能夠在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。目前，越來越多的管芯材料得以被研發(fā)出來，而包含驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)、封裝技術(shù)在內(nèi)的一系列技術(shù)也得到了發(fā)展，所以發(fā)光二極管的光色種類也越來越多，光能力和發(fā)光效率也得到了提高。

從發(fā)光原理上來看，半導(dǎo)體發(fā)光二極管使用的導(dǎo)體有兩種，被劃分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。其中，占主導(dǎo)地位的為P型半導(dǎo)體空穴，N型半導(dǎo)體則具有自由電子。對(duì)比兩種半導(dǎo)體可以發(fā)現(xiàn)，P型半導(dǎo)體可以利用空穴導(dǎo)電，空穴多數(shù)都是載流子，自由電子將成為少量載流子。而N型半導(dǎo)體電子則會(huì)變?yōu)槎鄶?shù)載流子，硅原子將成為少量載流子。在二者之間，存在有過渡層，被稱之為P-N結(jié)。在該位置有正向電流通過的情況下，電子會(huì)向著P區(qū)移動(dòng)，并且與空穴復(fù)合。在復(fù)合后，則會(huì)以光子形式發(fā)出能量。光的顏色與波長(zhǎng)有關(guān)，而波長(zhǎng)則取決于半導(dǎo)體過渡層的P-N結(jié)材料。在經(jīng)過P-N結(jié)的電流增大的情況下，二極管的發(fā)光亮度也會(huì)增加，而二其發(fā)出的光其實(shí)就是一種自發(fā)輻射。如果進(jìn)行反向電壓的施加，就會(huì)阻礙少數(shù)載流子的進(jìn)入，從而影響二極管發(fā)光。

2 半導(dǎo)體發(fā)光二極管在各領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

2.1 在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

在顯示領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管一般以矩陣形式排列。而顯示屏幕會(huì)由多個(gè)大小不等的模塊組成，也可以是由多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的集束管。在顯示屏幕上，這些集束管將成為像素，經(jīng)過拼裝，并完成專門顯示電路的配裝，則能夠構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光二極管顯示屏。根據(jù)顏色，可以將這類屏幕劃分為單色屏、雙色屏和全彩顯示屏，能夠發(fā)出不同顏色的光。所以在顯示領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管不僅可以作為儀表上的顯示燈，還可以作為顯示屏應(yīng)用。使用全彩顯示屏，可以進(jìn)行各種顏色的圖形文字顯示，并且能完成視頻和3D動(dòng)畫圖像的顯示。因此就目前來看，全彩顯示屏在公共場(chǎng)所得到了廣泛使用。而在數(shù)字手表和袖珍計(jì)算器等設(shè)備上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管也被用作為數(shù)字顯示。

2.2 在背光領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

在小尺寸的液晶面板上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管可以提供光源，這些光源可以被當(dāng)成是背光源。因?yàn)?，半?dǎo)體發(fā)光二極管具有一定的節(jié)能性，可以通過組合排列構(gòu)成面板、按鍵。相較于冷陰極熒光管，使用半導(dǎo)體發(fā)光二極管提供背光源，可以節(jié)約一半的電能，還能夠避免出現(xiàn)重金屬貢輻射問題，所以能夠?yàn)槿藗兊纳眢w健康提供保障[1]。目前，在電腦、智能手機(jī)等電器上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管得到了廣泛的使用。例如，一部手機(jī)上的面板將由幾十個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，能夠?yàn)樵O(shè)備提供足夠的光源。

2.3 在照明領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

在照明領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管一般被當(dāng)成是景觀燈使用。通常的情況下，景觀燈都是利用白色發(fā)光二極管構(gòu)成的，因?yàn)檫@類二極管具有功率小和光效低的特點(diǎn)，能夠較好的節(jié)能。在景觀燈飾制造方面，半導(dǎo)體發(fā)光二極管將會(huì)被制成顏色絢麗的景觀燈。通過將各種光色的半導(dǎo)體發(fā)光二極管組合在一起，就能夠展現(xiàn)出豐富的顏色，從而達(dá)成改善環(huán)境的目的，并且有效節(jié)省景觀燈的制作成本。此外，半導(dǎo)體發(fā)光二極管也常常被制作成建筑的誘導(dǎo)燈，能夠進(jìn)行柔和顏色的展現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)良好氛圍的營(yíng)造。就現(xiàn)階段而言，在城市園林、廣場(chǎng)等位置，都可以發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

2.4 在裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

在裝飾市場(chǎng)上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管也得到了廣泛應(yīng)用。從原理上來看，就是利用不同發(fā)光二極管子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)裝飾照明系統(tǒng)，然后利用標(biāo)準(zhǔn)CPU控制模塊進(jìn)行各子系統(tǒng)的控制[2]。而這些模塊包含電源轉(zhuǎn)換模塊、全彩發(fā)光驅(qū)動(dòng)模塊等，需要利用標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行各模塊和部件的銜接，然后利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制程序的設(shè)定，從而使裝飾照明系統(tǒng)顯現(xiàn)出想要的藝術(shù)效果。就目前來看，在庭院裝飾、休閑娛樂、展示廳、室內(nèi)裝飾等多個(gè)方面，由半導(dǎo)體二極管構(gòu)成的裝飾照明都得到了應(yīng)用，能夠完成特有視覺效果的打造，從而使人們對(duì)照明的個(gè)性化需求得到滿足。

2.5 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用及原理

在汽車照明領(lǐng)域，半導(dǎo)體發(fā)光二極管也得到了應(yīng)用。在汽車外端照明上，大功率半導(dǎo)體發(fā)光二極管得到了應(yīng)用，如剎車燈、方向等和尾燈等。在汽車儀表盤和電器開關(guān)制作方面，則使用了發(fā)光二極管作為指示燈。之所以能夠在汽車照明上得到應(yīng)用，主要是由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有較強(qiáng)的抗機(jī)械沖擊和振動(dòng)的特點(diǎn)，能夠在汽車的各個(gè)部位得到應(yīng)用[3]。此外，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的性價(jià)比也在逐步提高。而相較于其他照明元器件，半導(dǎo)體二極管的產(chǎn)能較大，所以能夠在汽車生產(chǎn)中得到廣泛使用。

結(jié)論

隨著半導(dǎo)體二極管技術(shù)的發(fā)展，該種發(fā)光元器件的制造成本將逐漸降低，同時(shí)其在節(jié)能、環(huán)保和安全等方面的優(yōu)勢(shì)也將逐漸凸顯，所以其應(yīng)用范圍將得到不斷擴(kuò)大。而掌握半導(dǎo)體二極管的發(fā)光原理和應(yīng)用原理，則有助于更好的應(yīng)用該種發(fā)光元器件，從而使人們的生活質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

[1]謝偉.半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其照明的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2014, 02：88.

[2]楊鎧嶸.分析半導(dǎo)體發(fā)光二極管的應(yīng)用及其前景[J].福建質(zhì)量管理,2016,01：139.

[3]汪磊.探討半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其照明的應(yīng)用[J].電子測(cè)試, 2016,10：135+133.

朱式業(yè)(1995-），男，漢族，浙江省溫州市瑞安人，現(xiàn)讀于吉首大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，本科學(xué)位。