發(fā)光二極管的相關(guān)知識

1、二）LED 的特性 1極限參數(shù)的意義 （1）允許功耗 Pm:允許加于 LED 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。 （2）最 大正向直流電流 IFm ：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。 （ 3）最大反向電壓 VRm ：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能 被擊穿損壞。 （ 4）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)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2電參數(shù)的意義 （ 1）光譜分布和峰值波長：某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長，其波長 大體按圖 2 所示。由圖可見，該發(fā)光管所

2、發(fā)之光中某一波長 0的光強(qiáng)最大，該波 長為峰值波長。 （2）發(fā)光強(qiáng)度 IV ：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對圓 柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時，則發(fā)光 1坎德拉（符號為 cd）。由于一般 LED 的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā) 光強(qiáng)度常用坎德拉 （mcd 作單位。 （ 3）光譜半寬度 它:表示發(fā)光管的光譜純度 .是 指圖 3中 1/2峰值光強(qiáng)所對應(yīng)兩波長之間隔 . （4）半值角 1/2和視角：1/2是指發(fā) 光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)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(fā)光二極管發(fā)光

3、強(qiáng)度角分布的情 況。中垂線（法線） AO 的坐標(biāo)為相對發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之 比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強(qiáng)度為 1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā) 光強(qiáng)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(fā) 光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在 0.6 ·IFm以下。 （6）正向工作電壓 VF：參數(shù)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(fā)光二極管正向工作電壓 VF 在 1.43V 。 在外界溫度升高時， VF將下降。 （7）V-I 特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系

4、可用圖 4 表示。 在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當(dāng) 電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由 V-I 曲線可以得出發(fā)光管 的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR<10A以下。 LED 發(fā)光二極管參數(shù)、測量與使用 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發(fā)光單元都是一個發(fā)光二極管 一、半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用 （一） LED 發(fā)光原理 發(fā)光二極管是由 -族化 合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷化

5、鎵）、 GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成 的，其核心是 PN結(jié)。因此它具有一般 P-N結(jié)的 I-N 特性，即正向?qū)ǎ聪?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 N區(qū)注入 P區(qū)，空穴由 P區(qū)注入 N 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 1 所示。 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帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光或者先被發(fā)光中心捕獲后，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

6、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，所以光僅在靠近 PN結(jié)面數(shù) m以內(nèi)產(chǎn)生。 （三） LED 的分類 1按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分 黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的 芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā) 光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā) 光二極管和達(dá)于做指示燈用。 2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。 圓形燈按直徑分為 2mm、

7、4.4mm、 5mm、 8mm、 10mm及 20mm等。國外通常把 3mm的 發(fā) 光二極管記作 T-1；把 5mm的記作 T-1（3/4）；把 4.4mm的記作 T-1（ 1/4）。 由半值角大小可以估計圓形發(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： （ 1）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)用以組成自動檢測系統(tǒng)。 （ 2）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 45&

8、#176; 90°或更大，散 射劑的量較大。 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)度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 <10mcd）；超高亮 度的 LED （發(fā)光強(qiáng)度 >100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在 10100mcd間的叫高亮度發(fā)光二 極管。一般 LED 的工作電流在十幾 mA 至幾十 mA，而低電流 LED 的工作電流在 2mA 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。 （四）LED 的應(yīng)用由于發(fā)

9、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 IFm、最大反向電壓 VRm 的限制，使用時，應(yīng)保證不超過此 值。為安全起見，實(shí)際電流 IF 應(yīng)在 0.6IFm以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電壓 VR<0。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。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 5所示。圖中電阻 R 限流電阻，其值應(yīng)保證電源電壓最高時應(yīng)使 LED 的電流小于最大允許電流 IFm。 （

10、2）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。 圖（a中的 電阻（E-VF）/IF；圖（b中的R（1.4Vi-VF）/IF; 圖（c中的 RVi/IF式中， Vi 交 流電壓有效值。 （3）單 LED 電平指示電路。在放大器、振蕩器或脈沖數(shù)字電路 的輸出端，可用 LED 表示輸出信號是否正常，如圖 7所示。 R為限流電阻。只有 當(dāng)輸出電壓大于 LED 的閾值電壓時 LED 才可能發(fā)光。 （4）單 LED 可充作低壓穩(wěn) 壓管用。由于 LED 正向?qū)ê?，電流隨電壓變化非常快，具有普通穩(wěn)壓管穩(wěn)壓特 性。發(fā)光二極管的穩(wěn)定電壓在 1.43V間，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇 VF，如圖 8

11、所 示。 （5）電平表。目前，在音響設(shè)備中大量使用 LED 電平表。它是利用多只發(fā) 光管指示輸出信號電平的，即發(fā)光的 LED 數(shù)目不同，則表示輸出電平的變化。圖 9是由 5只發(fā)光二極管構(gòu)成的電平表。當(dāng)輸入信號電平很低時，全不發(fā)光。輸入信 號電平增大時，首先 LED1 亮，再增大 LED2 亮。（五）發(fā)光二極管的檢測 1普通發(fā)光二極管的檢測 （1）用萬用表檢測。利用具有×10k擋的指針式萬用 表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200k反向電阻的值為。如果正向電阻值為 0或?yàn)?，反向電阻值很小或?yàn)?0，則易損 壞。這種檢測方法，不能實(shí)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)?×10k擋 不能向 LED 提供較大正向電流。 如果有兩塊指針萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發(fā)光 二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬用表的 ”+”接線柱與另一塊表的 ”-”接 線柱連接。余下的 ”-”筆接被測發(fā)光管的正極（ P 區(qū)），余下的 ”+”筆接被測發(fā)光管 的負(fù)極（ N 區(qū)）。兩塊萬用表均置 ×10擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用 表均撥至 ×1若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損 壞。應(yīng)注意，不能一