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LED基礎知識(一)
閱讀數:5917  最后更新:[2006/11/25 11:28:01]

LED基礎知識(一)
半導體發光器件包括半導體發光二極管(簡稱LED)、數碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏(簡稱矩陣管)等。事實上,數碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發光單元都是一個發光二極管。

一、 半導體發光二極管工作原理、特性及應用

(一)LED發光原理

發光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般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)一部分與多數載流子(多子)復合而發光,如圖1所示。 假設發光是在P區中發生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光,或者先被發光中心捕獲后,再與空穴復合發光。除了這種發光復合外,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,而后再與空穴復合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大,光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的,所以光僅在*近PN結面數μm以內產生。

理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料有關,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),半導體材料的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、綠及藍光發光二極管,但其中藍光二極管成本、價格很高,使用不普遍。

(二)LED的特性

1.極限參數的意義

  (1)允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發熱、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,發光二極管可能被擊穿損壞。

  (4)工作環境topm:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發光二極管將不能正常工作,效率大大降低。

  2.電參數的意義

  (1)光譜分布和峰值波長:某一個發光二極管所發之光并非單一波長,其波長大體按圖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:發光二極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3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與發光軸向(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極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(即發光強度與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,離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:它是指發光二極管正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇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。發光二極管正向工作電壓VF在1.4~3V。在外界溫度升高時,VF將下降。

  (7)V-I特性:發光二極管的電壓與電流的關系可用圖4表示。 在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時,電流極小,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

 

  摘自:[杭州彩虹光電有限公司工程部]

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