LED型別

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引言

LED是一種半導體光源，與普通的熒光燈和白熾燈不同，它只在一個方向上發光。這是發光二極體，效率更高，具有功耗低、照明效果好、壽命長的優點。在遙控器、空調、手機和相機等電子裝置中都使用LED。LED照明比普通的CFL燈泡高效近90%，並且與CFL燈不同的是，LED的壽命在輸出30%的光時會減少。在這個現代化的世界裡，LED為照明創新提供了絕佳的機會。

什麼是LED？

LED是由半導體材料製成的普通的p-n結二極體，具有各種發光特性。例如，砷化鎵(GaAs)這種具有直接帶隙的材料，就是LED中使用的半導體化合物(Xu *et al.* 2017)。在砷化鎵中，新增摻雜原子可以產生各種顏色。

圖1：LED p-n結結構

LED燈泡中使用的材料包括砷化鎵磷、鋁鎵磷、硒化鋅、鋁鎵砷和氮化銦鎵。最常用的是發白光的LED。LED產生白光主要有兩種方法，如下所述。

• 三種主要顏色，即紅、綠、藍[RGB]，可以組合產生白光。這種方法具有高量子效率(Microchip，2022)。

• 另一種方法是用一種顏色的LED塗覆不同顏色的熒光粉來產生白光。這是LED燈泡製造中常用的方法。

LED結構

LED燈的結構使其發出的光只在一個方向上發射。而對於其他傳統的燈泡，如CFL（緊湊型熒光燈）和白熾燈，產生的熱量和光線會向各個方向散射。LED的設計使其比普通燈更耐用、更高效、用途更廣。

圖2：LED照明技術

LED能夠在多種應用中更高效地利用能量和光線。為了生產能夠像CFL和白熾燈一樣向各個方向發光的LED照明，需要複雜的工程技術(Microchip，2022)。由陶瓷或鋁製成的LED燈體可以提供良好的散熱，是LED照明的主要類別之一。愛迪生燈泡就是採用陶瓷和鋁製燈體設計的。

LED：分類

LED可以根據其尺寸、應用和供電能力進行分類。根據尺寸，LED可以分為低電流微型LED、超高輸出微型LED和標準微型LED。根據供電能力，LED可以分為高功率LED，它可以向各個方向發光。根據應用，LED可以分為雙色和三色LED、RGB LED、LED照明、閃光LED和字母數字LED。常用的LED是微型LED，廣泛應用於遙控器、手機、汽車前燈、計算器等各種電子裝置中。

LED：特性

LED被認為是半導體光源，當電流流過二極體時就會發光。與傳統的CFL和白熾燈不同，LED中的電流是單向的。LED中的二極體由於其效率高，壽命長，照明效果好，功耗低而被廣泛使用(Hui *et al.* 2017)。根據電流輸出，LED可分為低電流LED、超高輸出LED和標準LED。對於雙色LED，在一個封裝內有兩個發光二極體。它們的接線方式是反向並聯的，電流在兩個二極體之間交替流動，從而改變顏色。

LED：工作原理

LED在正向偏置狀態下工作，就像普通的二極體一樣。n型半導體的摻雜濃度高於p型半導體，形成p-n結(Xu *et al.* 2017)。在正向偏置狀態下，勢壘降低，空穴和電子結合形成有源層或耗盡層。

圖3：LED的工作原理

在這種狀態下，光子會向各個方向輻射或發射。上圖顯示了由於正向偏置時電子-空穴對的複合而發射光線。光子的發射表明LED二極體的原理在於固體能帶理論。該理論指出，電子-空穴對的複合是否會發出光子取決於材料是直接帶隙還是間接帶隙。

結論

LED是一種單向光源，與CFL和白熾燈不同，後者向各個方向發出熱量和光線。閃光LED集成了一個以特定頻率閃爍光的電路。它們透過串聯電阻連線到電源，並用於車輛、標牌等。LED照明和LED燈泡被整合到各種裝置中，如光電隔離器、遙控器、汽車前燈和計算器。它們也用作LED指示燈，並常用在電子顯示器中，如micro-LED、量子點、相機和OLED。

常見問題

Q1. 微型LED有什麼用途？

A1. 微型LED主要用於手機、遙控器和計算器等小型電子裝置。SunLED的NanoPoint-0201系列LED被認為是世界上最小尺寸的LED。

Q2. 二極體是什麼意思？

A2. 二極體是一種只允許電流單向流動的電子元件。在電路圖中，二極體用一個三角形和一條穿過一個頂點的直線表示。

Q3. LED如何在照明中使用？

A3. 各種尺寸的LED被整合到燈具和燈泡中，用於一般的照明應用。LED照明不同於熒光燈和白熾燈。LED比傳統燈泡更通用、更耐用、更高效。

Q4. 什麼是熱管理？

A4. 熱管理是LED在其整個生命週期中效能的最關鍵因素。LED通常在高溫下工作，在這種溫度下，光傳播速度更快，能量消耗更少。