很多 彩色LED 近年來，他們一直陪伴著我們。 每次出現新的 LED 色調時，因為在所有情況下都不容易。 例如，出於好奇，您應該知道白光 LED 和藍光 LED 是最後上市的 LED。
目前，他們已經成為 一種二極管 對許多領域至關重要。 因此，在本文中您將了解到 所有你必須知道的 在這些上 基本電子元件，以及為什麼它們會發光，為什麼會出現這些顏色，等等......
半導體發光源
如您所知，半導體器件的兩種發光源是 激光二極管和 LED 二極管. LED 基於自發輻射，而激光基於受激發射。 這就是兩者的區別。
很多 發光二極管（Light Emitting Diode） 它們是電子設備中最常見的光源。 它們用於在數字手錶上顯示時間、指示電池的運行或充電等。 應用很多，現在他們也跳入照明領域，使用新型 LED 燈泡來照亮所有類型的房間，甚至車輛。
這些 LED 設備屬於 光半導體，能夠將電流轉化為光。 這種照明設備具有經久耐用的巨大優勢，因為它不會像燈泡那樣燒壞，而且效率更高，因此消耗量比傳統燈泡低得多。 此外，它們的製造成本非常低，這就是它們如此受歡迎的原因。
與任何其他半導體設備一樣，LED 具有基本的主要元素，例如 帶空穴 (+) 的 P 區和帶電子 (-) 的 N 區，即任何半導體的常用電荷載流子。 這使得：
- 當 P 側連接到電源，N 側接地時，連接正向偏置，允許電流流過二極管並發光，我們都可以看到。
- 如果 P 側接地，N 側連接電源，則該連接稱為反向偏置，可防止電流流動。 您已經知道二極管會阻止電流沿一個方向流動。
- 當正向偏置時，P 側和 N 側的多數和少數電荷載流子相互結合，中和 PN 結耗盡層中的電荷載流子。 並且，反過來，這種電子和空穴的遷移釋放出一定量的光子，也就是說，部分能量以光的形式發射，具有恆定的（單色）波長。 這就是 LED 顏色的特徵，因為根據它發射的波長，它可以是紅外線、藍色、黃色、綠色、黃色、琥珀色、白色、紅色、紫外線等。
- 電磁光譜的發射波長以及顏色由形成二極管 PN 結的半導體材料決定。 因此，可以改變或使用半導體化合物以在光譜或可見範圍內產生新的顏色。
必須要說的是，紅色、藍色和綠色（RGB 或紅綠藍）可以很容易地組合在一起，從而能夠 產生白光. 另一方面，必須要說的是，LED的工作電壓也因顏色而異。 例如，紅色、綠色、琥珀色和黃色需要大約 1.8 伏的電壓才能工作。 而發光二極管的工作電壓範圍可以根據製造LED所用的半導體材料的擊穿電壓來確定。
LED 類型
LED 可以按多種方式分類，其中一種主要方式是根據它們發射的波長來分類，留下 兩類:
- 可見 LED：是發射可見光譜內波長的那些，即在 400 納米和 750 納米之間。 這個範圍是人眼所能看到的範圍，就像在聲場中我們只能聽到 20 Hz 到 20 Khz 之間的頻率一樣。 低於 20 Hz 的是我們聽不到的次聲波，高於 20 Khz 的是我們也無法捕捉到的超聲波。 類似的情況發生在光的情況下，當它低於 400 nm 時具有紅外線或 IR，當它高於 750 nm 時具有紫外線。 兩者都是人眼不可見的。
- 隱形 LED：是那些我們看不到的波長，例如 IR 二極管或 UV 二極管。
可見光 LED 主要用於照明或信號。 不可見 LED 用於光開關、光通信和分析等應用中，並使用光傳感器。
效率
眾所周知，LED 照明非常重要 效率更高 比傳統的，所以它消耗更少的能量。 這是由 LED 的特性決定的。 在下表中，您可以看到光通量與提供給 LED 的電輸入功率之間的關係。 即可以用每瓦流明數（lm/W）來表示：
LED結構
資料來源：ResearchGate
La 發光二極管的結構和構造與普通二極管有很大不同，例如齊納二極管等。 當 PN 結正向偏置時，LED 就會發光。 PN 結由固體環氧樹脂和透明塑料半球圓頂覆蓋，可保護 LED 內部免受大氣乾擾、振動和熱衝擊。
PN結是使用形成 材料 較低帶隙的化合物，如砷化鎵、磷化砷化鎵、磷化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵、碳化矽等。 例如，紅色 LED 建立在砷化鎵襯底上，綠色、黃色和橙色 LED 建立在磷化鎵襯底上，等等。 在紅色中，N 型層摻雜了碲 (Te)，P 層摻雜了鋅 (Zn)。 另一方面，接觸層在P側使用鋁並且在N側使用錫-鋁形成。
另外，你應該知道這些結點不會發出很多光，所以 環氧樹脂圓頂 它的構造方式使 PN 結髮出的光子最好通過它反射和聚焦。 即它不僅起到保護作用，而且起到聚光透鏡的作用。 這就是為什麼發出的光在 LED 頂部看起來更亮的原因。
LED 旨在確保 大多數載流子的複合發生在 PN 結的表面 出於顯而易見的原因，這是通過這種方式實現的：
- 通過增加襯底的摻雜濃度，額外的少數電荷載流子電子移動到結構的頂部，重新組合，並在 LED 表面發光。
- 通過增加載流子的擴散長度，即 L = √ Dτ，其中 D 是擴散係數，τ 是載流子的壽命。 當它增加到超過臨界值時，將有釋放的光子在器件中被重新吸收的可能性。
因此，當 LED 二極管正向偏置連接時， 貨運船 它們獲得足夠的能量來克服 PN 結處現有的勢壘。 P 型和 N 型半導體中的少數電荷載流子通過結注入並與多數載流子復合。 多數和少數載流子的組合可以有兩種方式：
- 輻射的：當複合過程中發光時。
- 無輻射：在復合過程中不發光，產生熱量。 即，所施加的部分電能以熱而不是光的形式損失。 根據用於產生光或熱的能量的百分比，這將是 LED 的效率。
有機半導體
最近他們也闖入了市場 OLED 或有機發光二極管，已用於顯示器。 這些新型有機二極管由具有有機性質的材料組成，即有機半導體，其中允許部分或全部有機分子導電。
這些有機物質可能存在於 晶相或聚合物分子. 這具有非常薄的結構、低成本的優點，它們需要非常低的電壓來工作，它們具有高亮度，以及最大的對比度和強度。
LED 顏色
正如我之前提到的，與普通的半導體二極管不同，LED 之所以發光，是因為它們使用了化合物。 普通的半導體二極管由矽或鍺製成，但發光二極管有 化合物 如：
- 砷化鎵
- 砷化鎵磷化物
- 碳化矽
- 氮化銦鎵
混合這些材料可以產生獨特且不同的波長，以達到所需的顏色。 不同的半導體化合物在可見光譜的特定區域發光，因此產生不同級別的光強度。 用於製造 LED 的半導體材料的選擇將決定光子發射的波長和發射光的最終顏色。
輻射模式
輻射方向圖定義為光發射相對於發射表面的角度。 最大量的功率、強度或能量將在垂直於發射表面的方向上獲得。 光發射角取決於發射的顏色，通常在 80° 和 110° 之間變化。 這是一張桌子 不同的顏色和材料:
| 砷化鎵 | |||
| 砷化鋁鎵 | |||
| 砷化鋁鎵 | |||
| 砷化鎵磷化物 | |||
| 磷化鋁鎵銦 | |||
| 磷化鎵 | |||
| 砷化鎵磷化物 | |||
| 磷化鋁鎵銦 | |||
| 磷化鎵 | |||
| 砷化鎵磷化物 | |||
| 磷化鋁鎵銦 | |||
| 磷化鎵 | |||
| 磷化鎵銦 | |||
| 磷化鋁鎵銦 | |||
| 磷化鋁鎵 | |||
| 氮化銦鎵 | |||
| 硒化鋅 | |||
| 氮化銦鎵 | |||
| 碳化矽 | |||
| 矽 | |||
| 氮化銦鎵 | |||
| 雙藍/紅 LED* | |||
| 藍紅磷 | |||
| 白底紫膠 | |||
| 鑽石 | |||
| 氮化硼 | |||
| 氮化鋁 | |||
| 氮化鋁鎵 | |||
| 氮化鋁鎵銦 | |||
| 藍色熒光粉 | |||
| 黃色帶紅色、橙色或粉色熒光粉 | |||
| 白色帶粉色顏料 | |||
| 帶黃色熒光粉的藍色/紫外線二極管 |
LED發出的光的顏色不是由 塑料機身顏色 包圍著 LED。 這一點必須說得很清楚。 正如我之前提到的，環氧樹脂既用於提高光輸出，又用於在 LED 關閉時指示顏色。
多色 LED
市場上有一個 提供多種 LED，具有不同的形狀、大小、顏色、輸出光強度等。 不過，不得不說的是，當屬直徑5mm的砷化鎵磷化紅光LED，其價格上無可爭議的王者。 那是世界上使用最多的，所以它是製造量最大的一種。
然而，正如你所看到的，目前有許多不同的顏色，甚至有幾種顏色被組合起來產生一種 多色 LED 就像我們將在本節中看到的那樣……
雙色
雙色 LED，顧名思義，是一種 能夠發出兩種不同顏色的 LED. 這是通過在同一封裝中組合兩種不同顏色的 LED 來實現的。 這樣，您可以從一種顏色更改為另一種顏色。 例如，您在某些設備上看到的指示電池充電狀態的 LED 會在充電時變為紅色，充滿電後變為綠色。
為了製造這些 LED 是並聯的，一個 LED 的陽極連接到另一個 LED 的陰極，反之亦然。 這樣，當向任何一個陽極供電時，只有一個 LED 會點亮，即通過其陽極接收電力的那個。 如果同時為兩個陽極供電，則還可以通過動態切換同時打開兩個陽極。
三色
我們還有三色 LED，也就是說，它們 可以發出三種不同的顏色 而不是兩個。 它們將三個 LED 與一個公共陰極組合在同一個封裝中，要點亮一種或兩種顏色，您需要將陰極接地。 以及您要控製或開啟的顏色的陽極提供的電流。
也就是說，對於一種或兩種顏色的 LED 照明，需要連接 任一陽極的電源 單獨或同時。 這些三色 LED 還經常用於多種設備，例如手機，以指示通知等。 此外，這種類型的二極管通過以不同的正向電流比率打開兩個 LED 來產生額外的原色陰影。
RGB LED
它基本上是一種三色 LED，在這種情況下稱為 RGB（紅色綠色藍色），因為它發出那三種顏色的光。 如您所知，這些在彩色裝飾條和遊戲裝備中非常受歡迎。 但是，即使您擁有原色，也無法生成所有顏色和陰影。 有些顏色落在 RGB 三角形之外，像粉色、棕色等顏色很難用 RGB 得到。
LED的優點和缺點
現在是時候看看主要的是什麼了 的優點和缺點 這些 LED 二極管：
優點
- 小尺寸
- 生產成本低
- 保質期長（不會融化）*
- 高能效/低消耗
- 低溫/輻射熱少
- 設計靈活性
- 它們可以產生許多不同的顏色，甚至是白光。
- 高開關速度
- 高光強度
- 可以設計成將光線聚焦在一個方向上
- 它們是固態半導體器件，因此更堅固：更能抵抗熱衝擊和振動
- 不存在紫外線
缺點
- 輻射輸出功率和 LED 波長的環境溫度依賴性。
- 對過電壓和/或過電流造成的損壞敏感。
- 只有在特殊的冷或脈衝條件下才能達到理論上的整體效率。
應用
最後但同樣重要的是，有必要展示什麼是 可能的應用 這些彩色 LED 用於：
- 用於車燈
- 標牌：指示器、指示牌、交通信號燈
- 在儀表板上顯示視覺信息
- 對於像素由 LED 組成的顯示器
- 醫療應用
- 玩具
- 燈光
- 遙控器（紅外 LED）
- 等等