led發(fā)光二極管

1、半導(dǎo)體發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱半導(dǎo)體發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱LED）、數(shù)碼管、符號管、米字管及點(diǎn)陣式顯示屏（簡稱矩、數(shù)碼管、符號管、米字管及點(diǎn)陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實(shí)上，數(shù)碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管。陣管）等。事實(shí)上，數(shù)碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管。一、一、半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用（一）（一）

2、LED發(fā)光原理發(fā)光原理發(fā)光二極管是由發(fā)光二極管是由ⅢⅣ族化合物，如族化合物，如GaAs（砷化鎵）、（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般結(jié)。因此它具有一般PN結(jié)的結(jié)的IN特性，即正向?qū)ǎ聪蛱匦?，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由此外，在一定條件下

3、，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入?yún)^(qū)注入P區(qū)，空穴由區(qū)，空穴由P區(qū)注入?yún)^(qū)注入N區(qū)。區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖1所示。所示。假設(shè)發(fā)光是在假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心

4、捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所

5、以光僅在靠近比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)以內(nèi)產(chǎn)生。產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅg有關(guān)，即有關(guān)，即λ≈λ≈1240Eg（mm）式中）式中Eg的單位為電子伏特（的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見光（波長在）。若能產(chǎn)生可見光（波長在380nm紫光～紫光～780nm紅

6、光），半導(dǎo)體材料的紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。（二）（二）LED的特性的特性1極限參數(shù)的意義極限參數(shù)的意義（1）允許功耗）允許功耗Pm:允許加于允許加于LED兩端正向直流電壓

7、與流過它的電流之積的最大值。超過此值，兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。發(fā)熱、損壞。（2）最大正向直流電流）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。（3）最大反向電壓）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。

8、（4）工作環(huán)境）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。不能正常工作，效率大大降低。2按發(fā)光管出光面特征分按發(fā)光管出光面特征分按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型

9、管等。圓形燈按直徑分為分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把等。國外通常把φ3mm的發(fā)光二極發(fā)光二極管記作管記作T1；把；把φ5mm的記作的記作T1（34）；把；把φ4.4mm的記作的記作T1（14）。由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)。由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或

10、是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5～20或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測系統(tǒng)?；蚋?，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測系統(tǒng)。（2）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20～45。（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為）散射型。這是

11、視角較大的指示燈，半值角為45～90或更大，散射劑的量較大?；蚋螅⑸鋭┑牧枯^大。3按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。4按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（

12、發(fā)光強(qiáng)度（發(fā)光強(qiáng)度100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾的工作電流在十幾mA至幾至幾十mA，而低電流，而低電流LED的工作電流在的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。（四）（四）LED的應(yīng)

13、用的應(yīng)用由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流際需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓、最大反向電壓VRm的限制，使用時(shí)，應(yīng)的限制，使用時(shí)，應(yīng)保證不超過此值。為安全起見，實(shí)際電流保證不超過此值。為安全起見，實(shí)際電流

14、IF應(yīng)在應(yīng)在0.6IFm以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電壓以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電壓VR0。6VRm。LED被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。（1）利用高亮度或超高亮度發(fā)光二極管制作微型手電的電路如圖）利用高亮度或超高亮度發(fā)光二極管制作

15、微型手電的電路如圖5所示。圖中電阻所示。圖中電阻R限流電阻，其值限流電阻，其值應(yīng)保證電源電壓最高時(shí)應(yīng)使應(yīng)保證電源電壓最高時(shí)應(yīng)使LED的電流小于最大允許電流的電流小于最大允許電流IFm。（2）圖）圖6(a)、(b)、(c)分別為直流電源、整流電源及交流電源指示電路。分別為直流電源、整流電源及交流電源指示電路。圖(a)中的電阻中的電阻≈（EVF）IF；圖(b)中的中的R≈（1.4ViVF）IF