半導體發光二極管及其各領域的應用

朱式業吉首大學

半導體發光二極管及其各領域的應用

朱式業吉首大學

作為常見的發光元器件，半導體發光二極管的應用范圍較廣。基于這種情況，本文對半導體發光二極管的發光原理展開了分析，然后對其在各領域的應用情況及原理展開了探討，以期為關注這一話題的人們提供參考。

半導體發光二極管；發光原理；應用領域

引言

作為體積小、反應靈敏和用電量少的發光元器件，半導體發光二極管的混光性和指示性較強。使用不同的發光材料進行半導體發光二極管的制作，就可以發出不同顏色的光。除此之外，半導體發光二極管還具有壽命長、發光效率高和環保耐用等優點，所以能夠在多個領域得到應用。

1 半導體發光二極管的基本原理

從本質上來講，發光二極管就是光發射二極管，是一種屬于固態光源的半導體發光器件。不同于過去的發光二極管，半導體發光二極管的光通量相對較大，不僅能夠在電器儀表上作為指示燈，還能夠在多個領域得到應用。目前，越來越多的管芯材料得以被研發出來，而包含驅動電路技術、封裝技術在內的一系列技術也得到了發展，所以發光二極管的光色種類也越來越多，光能力和發光效率也得到了提高。

從發光原理上來看，半導體發光二極管使用的導體有兩種，被劃分為P型半導體和N型半導體。其中，占主導地位的為P型半導體空穴，N型半導體則具有自由電子。對比兩種半導體可以發現，P型半導體可以利用空穴導電，空穴多數都是載流子，自由電子將成為少量載流子。而N型半導體電子則會變為多數載流子，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。在該位置有正向電流通過的情況下，電子會向著P區移動，并且與空穴復合。在復合后，則會以光子形式發出能量。光的顏色與波長有關，而波長則取決于半導體過渡層的P-N結材料。在經過P-N結的電流增大的情況下，二極管的發光亮度也會增加，而二其發出的光其實就是一種自發輻射。如果進行反向電壓的施加，就會阻礙少數載流子的進入，從而影響二極管發光。

2 半導體發光二極管在各領域的應用及原理

2.1 在顯示領域的應用及原理

在顯示領域，半導體發光二極管一般以矩陣形式排列。而顯示屏幕會由多個大小不等的模塊組成，也可以是由多個發光二極管構成的集束管。在顯示屏幕上，這些集束管將成為像素，經過拼裝，并完成專門顯示電路的配裝，則能夠構成半導體發光二極管顯示屏。根據顏色，可以將這類屏幕劃分為單色屏、雙色屏和全彩顯示屏，能夠發出不同顏色的光。所以在顯示領域，半導體發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用。使用全彩顯示屏，可以進行各種顏色的圖形文字顯示，并且能完成視頻和3D動畫圖像的顯示。因此就目前來看，全彩顯示屏在公共場所得到了廣泛使用。而在數字手表和袖珍計算器等設備上，半導體發光二極管也被用作為數字顯示。

2.2 在背光領域的應用及原理

在小尺寸的液晶面板上，半導體發光二極管可以提供光源，這些光源可以被當成是背光源。因為，半導體發光二極管具有一定的節能性，可以通過組合排列構成面板、按鍵。相較于冷陰極熒光管，使用半導體發光二極管提供背光源，可以節約一半的電能，還能夠避免出現重金屬貢輻射問題，所以能夠為人們的身體健康提供保障[1]。目前，在電腦、智能手機等電器上，半導體發光二極管得到了廣泛的使用。例如，一部手機上的面板將由幾十個發光二極管構成，能夠為設備提供足夠的光源。

2.3 在照明領域的應用及原理

在照明領域，半導體發光二極管一般被當成是景觀燈使用。通常的情況下，景觀燈都是利用白色發光二極管構成的，因為這類二極管具有功率小和光效低的特點，能夠較好的節能。在景觀燈飾制造方面，半導體發光二極管將會被制成顏色絢麗的景觀燈。通過將各種光色的半導體發光二極管組合在一起，就能夠展現出豐富的顏色，從而達成改善環境的目的，并且有效節省景觀燈的制作成本。此外，半導體發光二極管也常常被制作成建筑的誘導燈，能夠進行柔和顏色的展現，從而實現良好氛圍的營造。就現階段而言，在城市園林、廣場等位置，都可以發現半導體發光二極管。

2.4 在裝飾領域的應用及原理

在裝飾市場上，半導體發光二極管也得到了廣泛應用。從原理上來看，就是利用不同發光二極管子系統構成一個裝飾照明系統，然后利用標準CPU控制模塊進行各子系統的控制[2]。而這些模塊包含電源轉換模塊、全彩發光驅動模塊等，需要利用標準接口進行各模塊和部件的銜接，然后利用計算機軟件進行控制程序的設定，從而使裝飾照明系統顯現出想要的藝術效果。就目前來看，在庭院裝飾、休閑娛樂、展示廳、室內裝飾等多個方面，由半導體二極管構成的裝飾照明都得到了應用，能夠完成特有視覺效果的打造，從而使人們對照明的個性化需求得到滿足。

2.5 在汽車領域的應用及原理

在汽車照明領域，半導體發光二極管也得到了應用。在汽車外端照明上，大功率半導體發光二極管得到了應用，如剎車燈、方向等和尾燈等。在汽車儀表盤和電器開關制作方面，則使用了發光二極管作為指示燈。之所以能夠在汽車照明上得到應用，主要是由于半導體發光二極管具有較強的抗機械沖擊和振動的特點，能夠在汽車的各個部位得到應用[3]。此外，隨著相關技術的發展，半導體發光二極管的性價比也在逐步提高。而相較于其他照明元器件，半導體二極管的產能較大，所以能夠在汽車生產中得到廣泛使用。

結論

隨著半導體二極管技術的發展，該種發光元器件的制造成本將逐漸降低，同時其在節能、環保和安全等方面的優勢也將逐漸凸顯，所以其應用范圍將得到不斷擴大。而掌握半導體二極管的發光原理和應用原理，則有助于更好的應用該種發光元器件，從而使人們的生活質量得到進一步提高。

[1]謝偉.半導體發光二極管及其照明的應用[J].科技風,2014, 02：88.

[2]楊鎧嶸.分析半導體發光二極管的應用及其前景[J].福建質量管理,2016,01：139.

[3]汪磊.探討半導體發光二極管及其照明的應用[J].電子測試, 2016,10：135+133.

朱式業(1995-），男，漢族，浙江省溫州市瑞安人，現讀于吉首大學材料科學與工程專業，本科學位。