發(fā)光二極管的相關(guān)概念

　　發(fā)光二極管的相關(guān)概念_發(fā)光二極管知識點(diǎn)

　　發(fā)光二極管的基礎(chǔ)知識解析發(fā)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(gòu)成。由于電子與空穴復(fù)合時(shí)可以發(fā)射可見光，所以可以用于制造發(fā)光二極管。在電路和設(shè)備中，作為指示器或構(gòu)成字符或數(shù)字來顯示。砷化鎵二極管發(fā)出紅光，磷化鎵二極管發(fā)出綠光，碳化硅二極管發(fā)出黃光，氮化鎵二極管發(fā)出藍(lán)光。

　　根據(jù)化學(xué)性質(zhì)分為有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。發(fā)光二極管的原理是半導(dǎo)體二極管的一種，可以將電能轉(zhuǎn)換成光能。發(fā)光二極管和普通二極管一樣由pN結(jié)組成，并且還具有單向?qū)щ娦浴?/p>

　　當(dāng)向發(fā)光二極管施加正向電壓時(shí)，從p區(qū)域注入到N區(qū)域的空穴和從N區(qū)域注入到p區(qū)域的電子以pN接合附近的幾微米分別與N區(qū)域的電子和p區(qū)域的空穴復(fù)合，生成自發(fā)輻射的熒光。

　　不同半導(dǎo)體材料中電子和空穴的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)，發(fā)射的能量多少有些不同，發(fā)射的能量越多，發(fā)射的光的波長越短。

　　常用的是紅色、綠色或黃色二極管。發(fā)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(shí)必須串聯(lián)連接限流電阻。

　　限流電阻R在R=(E-UF)/IF式中可以計(jì)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(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片，在p型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有被稱為pN結(jié)的轉(zhuǎn)換層。

　　在一些半導(dǎo)體材料的pN結(jié)中，當(dāng)注入的少數(shù)載波與多個(gè)載波復(fù)合時(shí)，多余的能量以光的形式釋放，電能直接轉(zhuǎn)換成光能。

　　如果向pN接合施加逆電壓，少數(shù)載流子難以注入，因此不會發(fā)光。使用這種注入電致發(fā)光原理制造的二極管被稱為發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)處于正動(dòng)作狀態(tài)(即兩端施加正電壓)時(shí)，當(dāng)電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體從紫外線到紅外線發(fā)出不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。白光LED 1993年，在日本Nichia Corporation(日亞化學(xué)工業(yè))工作的中村修二(ShujiNakamura)發(fā)明了基于作為寬帶半導(dǎo)體材料的氮化鎵(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)色LED，1990年代后半期被廣泛應(yīng)用。理論上，藍(lán)色LED可以將傳統(tǒng)的紅色LED和綠色LED組合起來產(chǎn)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(lán)色LED(near下午3點(diǎn)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(dāng)從LED芯片產(chǎn)生藍(lán)光時(shí)，一些藍(lán)光被該晶體有效地轉(zhuǎn)換成寬光譜(光譜中心約580nm)的主要黃光。

　　(實(shí)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(lán)光混合后看起來像白色的光，但其色調(diào)多被稱為“月光的白”。

　　這種白色LED的制造方法是由NichiaCorporation開發(fā)的，從1996年開始用于白色LED的制造。為了調(diào)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(jié)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(jù)生產(chǎn)條件的變化，該LED成品的色溫不統(tǒng)一，從暖黃色到冷藍(lán)色，在生產(chǎn)過程中根據(jù)其特性來區(qū)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(gè)是紅色和藍(lán)色的鈾，另一個(gè)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(huán)氧樹脂分解變質(zhì)，生產(chǎn)困難，壽命也短。與第一方法相比，雖然效率低，產(chǎn)生更多熱量(因?yàn)榍罢咻^大)，但是其優(yōu)點(diǎn)是光譜特性良好，所產(chǎn)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(gè)活躍的地帶會發(fā)出藍(lán)光，基板會發(fā)出黃色光，混合后會變成白色光。發(fā)光二極管極性發(fā)光二極管的兩條導(dǎo)線中長的一條是正極，應(yīng)該連接到電源正極。

　　發(fā)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(dǎo)LED被稱為正向偏置(正向偏置)，當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)，電子和空穴在內(nèi)部復(fù)合而發(fā)出單色光。這被稱為電致發(fā)光效應(yīng)，光線的波長和顏色與采用的半導(dǎo)體材料的種類和嵌入的元素雜質(zhì)有關(guān)。有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，比不上以往的光源。

　　近年來，白光LED的發(fā)光效率明顯提高，而千流明的購買價(jià)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(shù)上來說，LED的光電轉(zhuǎn)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(fā)展民用。發(fā)光二極管的特性與白熾燈泡和氬燈相比，

　　發(fā)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(diǎn)數(shù)毫安發(fā)光的)。耐沖擊和抗震性能良好，可靠性高，壽命長?？梢酝ㄟ^調(diào)制通過電流的強(qiáng)弱容易地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。根據(jù)這些特征，發(fā)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(fā)光管構(gòu)成7段式半導(dǎo)體數(shù)字管，在各數(shù)字管上能夠顯示0～9、10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字及A、B、C、D、E、F等部分字母(必須區(qū)分大小寫)。

　　發(fā)光二極管參數(shù)LED的光學(xué)參數(shù)中的一些重要方面是光束、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)度分布、波長。

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

　　發(fā)光強(qiáng)度和光強(qiáng)度分布：LED發(fā)光強(qiáng)度在某個(gè)方向上表征發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)弱，LED在不同的空間角度下光強(qiáng)度有很大的不同，因此研究了LED的光強(qiáng)度分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際上具有很大的意義，直接影響LED顯示設(shè)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(biāo)志燈也要求廣大范圍的人能夠識別。

　　波長：關(guān)于LED的光譜特性，主要注意其單色性是否優(yōu)良，以及紅、黃、藍(lán)、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(yán)格，但是因?yàn)樵谖覈腖ED信號中觀察到綠色是藍(lán)色的，紅色是深紅色的，所以有必要從這種現(xiàn)象中專門研究LED的光譜特性，這是有意義的。

　　發(fā)光二極管分類發(fā)光二極管分為通常的單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、負(fù)電阻發(fā)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(diào)光方式，例如模擬調(diào)光和pWM調(diào)光，大多數(shù)LED都采用恒定電流控制，這樣可以保持LED電流的穩(wěn)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(fā)光二極管一般單色發(fā)光二極管具有體積小、動(dòng)作電壓低、動(dòng)作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，能夠通過各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)點(diǎn)燈。

　　屬于電流控制型半導(dǎo)體裝置，需要串聯(lián)連接適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛Ｍǔ５膯紊l(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關(guān)，發(fā)光的波長依賴于用于制造發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料。

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

　　常用的國產(chǎn)普通單色發(fā)光二極管有BT(工廠規(guī)格型號)系列、FG(部規(guī)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(jìn)口的普通單色發(fā)光二極管包括SLR系列和SLC系列。

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

　　通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用諸如砷鋁化鎵(GaAlAs)的材料、超高亮度單色發(fā)光二極管使用諸如磷銦砷化鎵(GaAsInp)的材料、普通單色發(fā)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(fā)光二極管的主要參數(shù)表4?29，一般超高亮度單色發(fā)光二極管的主要參數(shù)表4?30表示。變色發(fā)光二極管變色發(fā)光二極管是能夠轉(zhuǎn)換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。

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

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