LED发光二极管工作原理、特性及应用

LED发光二极管工作原理、特性及应用半导体发光装置包括半导体发光二极管(简称为LED )、数字代码管、符号管、米制管、矩阵型显示器(简称为矩阵管)等。 实际上，数字编码管、符号管、米管、矩阵管的各发光单元是发光二极管。一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用(1)led发光原理铮铮铮铮铮铮6因此，具有一般的P-N结的I-N特性，即正向导通、反向阻断、破坏特性。 另外，在一定条件下，也具有发光特性。 在正向电压中，电子从n区注入p区，空穴从p区注入n区。 进入对方地域的少数载体(少子)的一部分与多数载体(多子)再结合发光，如图1所示。假设发光发生在p区，注入的电子会与价带的空穴直接重合发光，或者被发光中心捕获后与空穴重合发光。 除了这种发光复合体以外，一部分电子被非发光中心(该中心在传导带、介电带的中间附近)捕获，与空穴复合，每次放出的能量小，不能形成可见光。 发光复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。 因为复合是在少子扩散区域发光，所以光只在接近PN结的面数m以内发生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区的半导体材料禁带宽度Eg有关，即1240/Eg(mm )式中，Eg的单位为电子伏特(eV )。 如果能够产生可见光(波长380nm紫光780nm红光)，则半导体材料的Eg必须在3.261.63eV之间。 比红色波长长的光是红外光。 目前有红外、红、黄、绿、蓝发光二极管，其中蓝发光二极管成本高，价格高，一般不使用。(2)led的特性1 .极限参数的含义(1)允许功耗Pm:允许施加到LED的相对端的正向直流电压与流过其的电流之积的最大值。 如果超过此值，LED会发热或损坏。(2)最大正向直流电流IFm :可施加的最大正向直流电流。 如果超过该值，二极管就会损坏。(3)最大逆电压VRm :可施加的最大逆电压。 如果超过该值，可能会破坏发光二极管。(4)工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。 如果低于或超过该温度范围，则发光二极管不能正常工作，效率大幅度降低。2 .电气参数的含义(1)光谱分布和峰值波长：某发光二极管发出的光不是单一波长，其波长大致如图2所示。 由图可知，该发光管所发出的光中，某波长0的光强度最大，该波长为峰值波长。2 )发光强度IV :发光二极管的发光强度通常为法线(相对于圆柱形发光管为其轴线)方向的发光强度。 在该方向上放射强度为(1/683)W/sr时，1坎德拉(符号为cd )发光。 由于一般的LED的发光强度小，所以发光强度大多以烛光(mcd )为单位。(3)光谱半值宽度:表示发光管光谱纯度，是与图3中的峰值光强度的1/2对应的2波长的间隔.(4)半值角1/2和视角：1/2是发光强度值成为轴向强度值一半的方向与发光轴方向(法线)的角度. 半功率角的两倍是视场角(或半功率角)。在图3所示两种不同类型的发光二极管的发光强度角分布的情况下。 垂线(法线) AO的坐标为相对发光强度(发光强度与最大发光强度之比)。 显然，法线方向的相对发光强度为1，相对于法线方向的角度越大，相对发光强度越小。 从该图可以得到半值角和视角值。(5)正向动作电流If :发光二极管正常发光时的正向电流值。 在实际使用中，请根据需要选择IF为0.6IFm以下。(6)正向操作电压VF :施加于参数表的操作电压根据所施加的正向电流而获得。 一般用IF=20mA测定。 发光二极管正向工作电压VF为1.43V . 当室外气温升高时，VF下降。(7)V- I特性：发光二极管的电压与电流的关系如图4所示。 当正向电压小于某个值(称为阈值)时，电流极小，不发光。 当电压超过某个值时，正向电流随着电压急速增加，发光。 从V-I曲线可以得到发光管的正向电压、反向电流和反向电压等参数。 顺向发光管反向漏电流IR10A以下。(3)led的分类1 .发光管发光颜色根据发光管的发光颜色，可分为红、橙、绿(黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。 另外，一些发光二极管包括两种或三种颜色的芯片。 根据在发光二极管的发光部中是配合还是未配合、被着色还是无色，将上述各色的发光二极管分类为有色透明、无色透明、有色散射、无色散射这4种。 到达散射型发光二极管和灯用。2 .发光管出光面的不同特征根据发光管出光面的特征，分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧管、表面安装用微管等。 圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm、20mm等. 在国外，通常将3mm发光二极管记为T-1，将5mm的发光二极管记为T-1(3/4)，将4.4mm的发光二极管记为T-1(1/4)。 可根据半值角的大小推定圆形发光强度角的分布。 根据发光强度的角度分布图，有以下3种(1)高指向性。 一般来说，尖端的环氧封装或带金属反射空洞的封装，没有添加散射剂。 半值角在520以下，具有高指向性，可以与局部照明光源用或光检测器联合构成自动检测系统。(2)标准型。 通常用于灯，其半值角为2045。(3)散射型。 这是视角大的灯，半值角在4590以上，散射剂量多。3 .按发光二极管结构分类根据发光二极管的结构，有全环氧封装、金属基环氧封装、陶瓷基环氧封装、玻璃封装等结构。4 .按发光强度和工作电流将根据发光强度和动作电流而具有通常亮度的LED (发光强度10mcd )、超高亮度LED (发光强度100mcd )、发光强度设为10100mcd之间的情况称为高亮度发光二极管。 一般的LED的动作电流为十几mA至十几mA，低电流LED的动作电流为二mA以下(亮度与一般的发光管相同)。除了上述分类方法以外，还有按芯片材料和功能进行分类的方法。(4)led的应用发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度、透明度等不同，使用发光二极管时，请根据实际需要适当选择。 发光二极管有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时请勿超过该值。 为了安全起见，实际电流IF必须小于或等于0.6IFm可能发生的反向电压VR0。 6VRm。 LED广泛应用于各种电子设备和电子设备，可作为电源指示灯、等级显示和微光源使用。 红外线发光管常用于电视和视频等遥控器。1 )使用高亮度或超高亮度发光二极管制作微手电气的电路如图5所示。 图中的电阻r电流限制电阻请设为电源电压最高时LED的电流小于最大允许电流IFm的值。(2)图6(a )、(b )、(c )分别是直流电源、整流电源及交流电源指示电路.图(a )中电阻- if；图(b )中的r(1.4 VI-VF )/if；在图(c )的RVi/IF式中为Vi交流电压有效值。(3)单LED电平显示电路。 放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端子上，如图7所示，可以用LED显示输出信号是否正常。 r是限流阻力。 只有在输出电压大于LED的阈值电压时，LED才可能发光。(4)单LED可用于低压稳定气管。 LED正向导通后，电流随电压的变化非常快，具有一般的稳压管稳定特性。 如图8所示，发光二