發光二極管的相關概念

　　發光二極管的相關概念_發光二極管知識點

　　發光二極管的基礎知識解析發光二極管簡稱為LED。由含有鎵(Ga)、砷(As)、磷(p)、氮(N)等的化合物構成。由于電子與空穴復合時可以發射可見光，所以可以用于制造發光二極管。在電路和設備中，作為指示器或構成字符或數字來顯示。砷化鎵二極管發出紅光，磷化鎵二極管發出綠光，碳化硅二極管發出黃光，氮化鎵二極管發出藍光。

　　根據化學性質分為有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED。發光二極管的原理是半導體二極管的一種，可以將電能轉換成光能。發光二極管和普通二極管一樣由pN結組成，并且還具有單向導電性。

　　當向發光二極管施加正向電壓時，從p區域注入到N區域的空穴和從N區域注入到p區域的電子以pN接合附近的幾微米分別與N區域的電子和p區域的空穴復合，生成自發輻射的熒光。

　　不同半導體材料中電子和空穴的能量狀態不同。當電子和空穴復合時，發射的能量多少有些不同，發射的能量越多，發射的光的波長越短。

　　常用的是紅色、綠色或黃色二極管。發光二極管的反破壞電壓大于5伏特。其正向螺栓放大器特性曲線很急，為了控制通過二極管的電流，在使用時必須串聯連接限流電阻。

　　限流電阻R在R=(E-UF)/IF式中可以計算E為電源電壓、UF為LED的正向壓降、IF為LED的正常工作電流。發光二極管的核心部分是由p型半導體和N型半導體構成的晶片，在p型半導體和N型半導體之間有被稱為pN結的轉換層。

　　在一些半導體材料的pN結中，當注入的少數載波與多個載波復合時，多余的能量以光的形式釋放，電能直接轉換成光能。

　　如果向pN接合施加逆電壓，少數載流子難以注入，因此不會發光。使用這種注入電致發光原理制造的二極管被稱為發光二極管，通稱LED。當處于正動作狀態(即兩端施加正電壓)時，當電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體從紫外線到紅外線發出不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。白光LED 1993年，在日本Nichia Corporation(日亞化學工業)工作的中村修二(ShujiNakamura)發明了基于作為寬帶半導體材料的氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的商業應用價值的藍色LED，1990年代后半期被廣泛應用。理論上，藍色LED可以將傳統的紅色LED和綠色LED組合起來產生白光，但是很少這樣制作白色LED。

　　目前制造的白色LED的大部分是通過在藍色LED(near下午3點UV，波長450nm～470nm)上涂覆淺黃色熒光粉而制成的，這種黃色熒光粉通常在將摻有鈰的Itrium鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體研磨成粉末后是通過和稠密的粘合劑混合而制造的。當從LED芯片產生藍光時，一些藍光被該晶體有效地轉換成寬光譜(光譜中心約580nm)的主要黃光。

　　(實際上，單晶體的Ce摻雜YAG比熒光體更具有閃爍體。)黃色的光刺激了肉眼的紅光和綠光的受體，所以LED本身的藍光混合后看起來像白色的光，但其色調多被稱為“月光的白”。

　　這種白色LED的制造方法是由NichiaCorporation開發的，從1996年開始用于白色LED的制造。為了調整淡黃色的光的顏色，可以用其他稀土金屬碲或天竺葵替代結合在Ce3+:YAG中的天竺(Ce)，并且可以替換YAG的鋁的一部分或全部。

　　另一方面，基于其光譜特性，在LED照射下，紅色和綠色的對象不像在寬光譜光源照射下那樣清晰。另外，根據生產條件的變化，該LED成品的色溫不統一，從暖黃色到冷藍色，在生產過程中根據其特性來區分。

　　另一種制作白光LED的方法，與熒光燈相似，接近紫外線的LED上涂有兩種熒光粉的混合物。一個是紅色和藍色的鈾，另一個是摻雜有綠色硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。

　　但是，紫外線會使粘接劑中的環氧樹脂分解變質，生產困難，壽命也短。與第一方法相比，雖然效率低，產生更多熱量(因為前者較大)，但是其優點是光譜特性良好，所產生的光更漂亮

　　另一方面，由于紫外線的LED功率高，與第一方法相比效率低，但亮度相同。最新的白色LED的制造方法是不使用熒光體。新方法是在硒化鋅(ZnSe)襯底上生長硒化鋅的磊晶體層。通電后，那個活躍的地帶會發出藍光，基板會發出黃色光，混合后會變成白色光。發光二極管極性發光二極管的兩條導線中長的一條是正極，應該連接到電源正極。

　　發光二極管的2條引線有同樣的長度，不過，管情況有突起的小舌頭，接近小舌頭的引線是正極。LED單導LED被稱為正向偏置(正向偏置)，當電流流動時，電子和空穴在內部復合而發出單色光。這被稱為電致發光效應，光線的波長和顏色與采用的半導體材料的種類和嵌入的元素雜質有關。有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、可靠性高等優點，比不上以往的光源。

　　近年來，白光LED的發光效率明顯提高，而千流明的購買價格也因投入市場的廠家之間的競爭影響而明顯下降。雖然在辦公室、家具、裝飾、廣告牌、街燈等用途上使用LED照明的人增加了，但是從技術上來說，LED的光電轉換效率(與有效照度的消耗功率相比)低于新型熒光燈，國家今后將發展民用。發光二極管的特性與白熾燈泡和氬燈相比，

　　發光二極管的特征是：

　　工作電壓低(僅有幾伏特);

　　工作電流小(也有能以零點數毫安發光的)。耐沖擊和抗震性能良好，可靠性高，壽命長。可以通過調制通過電流的強弱容易地調制發光的強弱。根據這些特征，發光二極管在一些光電控制裝置中用作光源，并且在許多電子裝置中用作信號顯示器。

　　該管心呈條紋狀，用7根條紋狀的發光管構成7段式半導體數字管，在各數字管上能夠顯示0～9、10個阿拉伯數字及A、B、C、D、E、F等部分字母(必須區分大小寫)。

　　發光二極管參數LED的光學參數中的一些重要方面是光束、發光效率、發光強度、光強度分布、波長。

　　發光效率和光束：發光效率是光束和功率的比值，單位一般是lm/W。發光效率代表光源的節能特性，這是測量現代光源性能的重要指標。

　　發光強度和光強度分布：LED發光強度在某個方向上表征發光強度的強弱，LED在不同的空間角度下光強度有很大的不同，因此研究了LED的光強度分布特性。這個參數實際上具有很大的意義，直接影響LED顯示設備的最小觀察角度。例如，體育場的LED大型彩色顯示器，如果選擇的LED單管的分布范圍狹窄，在顯示器大角度的觀眾會看到失真的圖像。另外，交通標志燈也要求廣大范圍的人能夠識別。

　　波長：關于LED的光譜特性，主要注意其單色性是否優良，以及紅、黃、藍、綠、白LED等主要顏色是否純正。在很多情況下，例如交通信號對顏色要求很嚴格，但是因為在我國的LED信號中觀察到綠色是藍色的，紅色是深紅色的，所以有必要從這種現象中專門研究LED的光譜特性，這是有意義的。

　　發光二極管分類發光二極管分為通常的單色發光二極管、高亮度發光二極管、超高亮度發光二極管、變色發光二極管、閃爍發光二極管、電壓控制型發光二極管、紅外發光二極管、負電阻發光二極管等。LED的控制模式有恒定電流和恒定電壓兩種，有多種調光方式，例如模擬調光和pWM調光，大多數LED都采用恒定電流控制，這樣可以保持LED電流的穩定，不易受VF的變化，可以延長LED燈具的使用壽命。

　　一般單色發光二極管一般單色發光二極管具有體積小、動作電壓低、動作電流小、發光均勻穩定、響應速度快、壽命長等優點，能夠通過各種直流、交流、脈沖等電源驅動點燈。

　　屬于電流控制型半導體裝置，需要串聯連接適當的限流電阻。通常的單色發光二極管的發光顏色與發光的波長有關，發光的波長依賴于用于制造發光二極管的半導體材料。

　　紅色發光二極管的波長一般為650~700nm，琥珀色發光二極管的波長一般為630~650nm，橙色發光二極管的波長一般為610~630nm左右，黃色發光二極管的波長一般為585nm左右，綠色發光二極管的波長一般為555~570nm。

　　常用的國產普通單色發光二極管有BT(工廠規格型號)系列、FG(部規格型號)系列和2EF系列，參照表4-26、表4-27和表4-28。一般用于進口的普通單色發光二極管包括SLR系列和SLC系列。

　　高亮度單色發光二極管高亮度單色發光二極管和超高亮度單色發光二極管中使用的半導體材料與通常的單色發光二極管不同，所以發光強度也不同。

　　通常，高亮度單色發光二極管使用諸如砷鋁化鎵(GaAlAs)的材料、超高亮度單色發光二極管使用諸如磷銦砷化鎵(GaAsInp)的材料、普通單色發光二極管使用諸如磷化鎵(Gap)或磷化鎵(GaAsp)的材料。

　　一般高亮度紅色發光二極管的主要參數表4?29，一般超高亮度單色發光二極管的主要參數表4?30表示。變色發光二極管變色發光二極管是能夠轉換發光顏色的發光二極管。

　　變色發光二極管的發光顏色的種類分為二色發光二極管、三色發光二極管、多色(有紅、藍、綠、白四種顏色)發光二極管。

　　變色發光二極管根據引腳數分為兩端變色發光二極管、三端變色發光二極管、四端變色發光二極管、六端變色發光二極管。常用的雙色發光二極管有2EF系列和TB系列，常用的三色發光二極管有2EF302、2EF312、2EF3