LED路灯灯珠发光原理及发光效率

路灯灯珠发光原理及发光效率。LED路灯灯珠是一种会发光的半导体组件，且具有二极管的电子特性。LED路灯灯珠属于半导体光电组件，除了具有发光的特性之外，它完全具备半导体二级整流管的特性，如果取它的整流特性，它不但可以完全符合需求，而且在外加工正偏压的情况下，会发出具有某种波长的光。LED路灯灯珠虽然具有整流二极管的功能，但通常是利用LED路灯灯珠的发光特性而非整流特性，这种发光的特性是发生在二极管电子曲线正偏压部分。

LED路灯

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一商用二极管产生于1960年。LED路灯灯珠的结构主要有PN结芯片，电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。

20世纪80年代LED路灯灯珠主要用于显示器和短距离，低速率的光纤通信用光源，如各种仪器仪表指示器的文字，数字及其他符号的显示等。由于亮度和颜色等原因LED路灯灯珠还不能用于通用的照明，而这正是LED路灯灯珠未来的一个非常重要的发展方向。LED路灯灯珠的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED路灯灯珠的抗振性能好。LED路灯灯珠的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的LED路灯灯珠的两个引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。与白炽灯和氖灯相比，LED路灯灯珠的特点是；工作电压低，工作电流小；抗冲击和抗振性能好，可靠性高，寿命长；通过调制LED路灯灯珠的电流强弱可以方便地调制其发光的强弱。

LED路灯灯珠的发光过程包括三部分；正向偏压下的载流子注入，复合辐射和光能传输。微小的半导体芯片被封装在洁净的环氧树脂中，当电子经该芯片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，在可见光的频谱范围内，蓝色光，紫色光携带的能量就最多，桔色光，红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同，当电子和空穴复合时释放出的能量也不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光，绿光或黄光1的LED路灯灯珠，磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化哇二极管发黄光。

LED路灯灯珠的发光原理

LED路灯灯珠是由III-V族化合物，半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般结的I-V特性，即正向导通，反向截止，击穿特性。此外，在一定条件下，它具有发光特性。PN结根据其端电压构成一定的势垒；当加正向偏置时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩撒。由于电子迁移率比空穴迁移率大的多，出现大量电子向P区扩撒。构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。这就是LED路灯灯珠发光的原理。

PN结对电子和空穴具有不同高度的势垒，这两个势垒均很小，但空穴的势垒比电子的势垒小的多，而且空穴不断从P区向N区扩撒，得到高的注入效率。N区的电子注入P区的速率却较小。这样N区的电子就跃迁到价带与注入的空穴复合，发射出由N型半导体能隙所决定的辐射。由于P区的能隙大，光辐射无法发到导带，因此不能发光吸收，从而可直接透射到LED路灯灯珠外，减少了光能的损失。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心捕获，而后再与空穴复合，每次释放是能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩撒区内发光的，所以光仅在靠近PN结面几微米以内产生。理论和实践证明，发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙。

半导体可分为直接能隙和间接能隙两种，LED路灯灯珠大都采用直接能隙材料，这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光，有很高效率。反之。采用间接能隙材料，其效率就低一些。LED路灯灯珠的输出光普决定其发光颜色及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。

LED路灯灯珠亮度与正向电流成正比，LED路灯灯珠的正向电压与正向电流与管芯的半导体材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的，既保证亮度适中，也不会损坏LED路灯灯珠。若电流过大，就会烧毁LED路灯灯珠的PN结。

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