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(jiàn)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
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。
從本質(zhì)上來(lái)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(guò)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(lái)越多的管芯材料得以被研發(fā)出來(lái),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(lái)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(lái)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(guò)渡層,被稱之為P-N結(jié)。在該位置有正向電流通過(guò)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(guò)渡層的P-N結(jié)材料。在經(jīng)過(guò)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。
2.1 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(guò)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(lái)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(guò)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(wèn)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(guò)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(lái)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(lái)看,在庭院裝飾、休閑娛樂(lè)、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(jué)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。
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。