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法律研究發光二極體 (LED)
光可以從各種來源獲得，例如蠟燭、燈泡和太陽光等。電燈泡是由托馬斯·愛迪生於 1879 年發明的。電流透過燈泡內的燈絲，當透過燈絲的電流足夠大時，燈絲會發熱併發出光。這意味著它將電能轉換為燈泡內的熱能。而在發光二極體 (LED) 中，電子電能可以直接轉換為光能。
光是一種由原子釋放的能量。光的粒子是光子，沒有質量。原子是基本的構建塊，由小的粒子組成，例如電子（帶負電）、質子（帶正電）和中子（不帶電）。這些都是原子核的一部分。電子圍繞原子核在不同的軌道或殼層中旋轉，這些軌道或殼層相對於軌道距離具有不同的能級。
當圍繞原子核執行的電子從外部來源獲得能量時，它們會暫時躍遷到更高的軌道或更高的能級，然後回落到其較低的能級並以光子或光的形式釋放能量。它會導致能量以熱的形式損失。
發光二極體 (LED)
它是一種最廣泛使用的半導體，當正向偏置時，會發出可見光或不可見的紅外光。遙控器產生不可見光。發光二極體 (LED) 是一種將光電能轉換為光能的器件，當施加電壓時。
在正向偏置時，當導帶中的自由電子與價帶中的空穴複合時，能量以光的形式釋放。這個過程稱為電致發光。就像普通的 p-n 結二極體只允許電流在一個方向流動一樣，LED 也只在正向偏置條件下工作。N 型材料應帶負電，P 型材料應帶正電以產生 LED。
LED 的層
發光二極體 (LED) 有三層。這些是
P 型半導體
三價雜質被新增到本徵或純半導體中。空穴是多數載流子。
N 型半導體
五價雜質被新增到本徵半導體中。自由電子是多數載流子。
耗盡層或區域
它是 P 型和 N 型半導體之間的一個區域或層，其中不存在載流子（自由電子或空穴）。它是電流的障礙。為了克服這個障礙，我們需要施加一個大於該層勢壘電位的電壓。
LED 的工作原理
發光二極體 (LED) 僅在正向偏置條件下工作，其中自由電子來自 N 端，空穴來自 P 端被推向結。自由電子和空穴的複合發生在耗盡區以及 P 型和 N 型半導體中。導帶中的自由電子在與價帶中的空穴複合之前，會以光的形式釋放能量。
當外部電壓施加到價電子時，斷開與母原子鍵合的價電子稱為自由電子，而那個空位稱為空穴。所有價電子的能級範圍的組合稱為價帶。
由於自由電子的能量始終大於價電子或空穴的能量，因此它需要損失能量才能與空穴複合。因此，每次電荷複合都會以光的形式發出能量。發射光的亮度取決於用於導電 LED 的材料和流過 LED 的正向電流。
在普通矽二極體中，導帶和價帶之間的能隙較小，因此釋放的低能光子頻率較低且人眼無法看到。而在 LED 中，導帶和價帶之間的能隙非常大，因此釋放的高能光子對人眼可見。
由於 LED 僅在正向偏置條件下工作，因此如果對 LED 施加反向偏置電壓，則可能會損壞 LED。LED 可以以 1 ns 的非常快的速度開關。LED 最常見的顏色是綠色、紅色、橙色和黃色，但示意圖符號相同。
LED 的偏置
大多數 LED 的安全正向電壓和電流分別為 1V 至 3V 和 200mA 至 100mA。為了避免因電壓過高而損壞器件，我們需要將一個電阻 (Rs) 與 LED 串聯放置，該電阻放置在 LED 和電壓源 (Vs) 之間，該電阻稱為限流電阻。因此，我們可以使用此限流電阻來保護 LED 免受損壞。流過 LED 的電流用數學公式表示為：
IF = VS - VD/RS
其中，IF 是正向電流，VS 是電源或供電電壓，VD 是 LED 上的壓降，RS 是電阻或限流電阻。
LED 發出的輸出光量與流過 LED 的正向電流量成正比。
LED 的型別
發光二極體有兩類，分別是可見光 LED 和不可見光 LED。此外，發射光的波長或顏色取決於材料的禁帶或能隙。以下是各種型別的發光二極體
砷化鎵 (GaAs) – 紅外
磷化砷化鎵 (GaAsP) – 紅色到紅外，橙色
磷化鋁鎵砷 (AlGaAsP) – 高亮度紅色、橙紅色、橙色和黃色
磷化鎵 (GaP) – 紅色、黃色和綠色
磷化鋁鎵 (AlGaP) – 綠色
氮化鎵 (GaN) – 綠色、翠綠色
氮化銦鎵 (GaInN) – 近紫外線、藍綠色和藍色
碳化矽 (SiC) – 作為襯底的藍色
硒化鋅 (ZnSe) – 藍色
LED 的優點
以下是發光二極體的優點
- 透過改變電流可以輕鬆控制 LED 的亮度。
- 它們體積小、重量輕，使用壽命更長。
- 它們非常便宜、易於獲得且功耗低。
- LED 的工作速度非常快。
- 它們可以發出不同顏色的光。
- LED 不含熒光燈中使用的汞等有毒物質。
LED 的缺點
LED 的主要缺點是效率低，並且比普通 p-n 結二極體需要更多的功率才能工作。
LED 的應用
以下是 LED 的各種應用
- 數字計算機和計算器
- 交通訊號燈和防盜報警系統
- 微處理器和多路複用器
- 可視電話和電子手錶
- 相機閃光燈和汽車熱燈
- 航空照明
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