LED基礎知識

时间：2006-09-29 12:00:00 点击：29

（一）LED基礎知識 
LED即是发光二极管!它有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分与多數載流子（多子）复合而發光。 
假設發光是在P區中發生的，那么注入的電子与价帶空穴直接复合而發光，或者先被發光中心捕獲后，再与空穴复合發光。除了這种發光复合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再与空穴复合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的复合量相對于非發光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。 
理論和實踐証明，光的峰值波長λ与發光區域的半導体材料禁帶寬度Ｅg有關，即 
λ　1240/Eg（mm） 
式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導体材料的Eg應在3.26～1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二极管，但其中藍光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 
（二）LED的特性 
1．极限參數的意義 
（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓与流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發熱、損坏。 
（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損坏二极管。 
（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二极管可能被擊穿損坏。 
（4）工作環境topm:發光二极管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發光二极管將不能正常工作，效率大大降低。 
2．電參數的意義 
（1）光譜分布和峰值波長：某一個發光二极管所發之光并非單一波長，其波長大体按圖2所示。 
由圖可見，該發光管所發之光中某一波長λ0的光強最大，該波長為峰值波長。 
（2）發光強度IV：發光二极管的發光強度通常是指法線（對圓柱形發光管是指其軸線）方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發光1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發光二強度小，所以發光強度常用坎德拉(mcd)作單位。 
（3）光譜半寬度Δλ:它表示發光管的光譜純度.是指圖2中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔. 
（4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向与發光軸向（法向）的夾角。 
半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。 
圖3給出的二只不同型號發光二极管發光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標為相對發光強度（即發光強度与最大發光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發光強度為1，离開法線方向的角度越大，相對發光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。 
（5）正向工作電流If：它是指發光二极管正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根据需要選擇IF在0.6‧IFm以下。 
（6）正向工作電壓VF：參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發光二极管正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時，VF將下降。 
（7）V-I特性：發光二极管的電壓与電流的關系可用圖4表示。 
在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流极小，不發光。當電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發光。由V-I曲線可以得出發光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數。正向的發光管反向漏電流IR<10μA以下。 
（三）LED的分類 
1． 按發光管發光顏色分 
按發光管發光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標准綠和純綠）、藍光等。另外，有的發光二极管中包含二种或三种顏色的芯片。 
根据發光二极管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各种顏色的發光二极管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四种類型。散射型發光二极管和達于做指示燈用。 
2． 按發光管出光面特征分 
按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發光二极管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）。 
由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況。從發光強度角分布圖來分有三類： 
（1）高指向性。一般為尖頭環氧封裝，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，或与光檢出器聯用以組成自動檢測系統。 
（2）標准型。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45°～90°或更大，散射劑的量較大。 
3．按發光二极管的結构分 
按發光二极管的結构分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結构。 
4．按發光強度和工作電流分 
按發光強度和工作電流分有普通亮度的LED（發光強度<10mcd）；超高亮度的LED（發光強度>100mcd）；把發光強度在10～100mcd間的叫高亮度發光二极管。 
一般LED的工作電流在十几mA至几十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度与普通發光管相同）。 
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。 
（四）LED的應用 
由于發光二极管的顏色、尺寸、形狀、發光強度及透明情況等不同，所以使用發光二极管時應根据實際需要進行恰當選擇。 
由于發光二极管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓VRm的限制，使用時，應保証不超過此值。為安全起見，實際電流IF應在0.6IFm以下；應讓可能出現的反向電壓VR<0。6VRm。 
LED被廣泛用于种電子儀器和電子設備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發光管常被用于電視机、錄像机等的遙控器中。 
（1）利用高亮度或超高亮度發光二极管制作微型手電的電路如圖5所示。圖中電阻R限流電阻，其值應保証電源電壓最高時應使LED的電流小于最大允許電流IFm