LED发光二极管常识

LED发光二极管常识

??发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向?截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 ??（二）LED的特性 ??1．极限参数的意义 ? （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此 ????值，LED发热、损坏。 ? （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 ? （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损 ????坏。 ? （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发 ????光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 ??2．电参数的意义 ??（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2 ???? 所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，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是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方 ???? 向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号???? 为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 ??（3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间 ???? 隔. ??（4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法 ???? 向） 的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 ? （6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在????IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF ????将下降。 ? （7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。 ????在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后， ????正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及 ????反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下。 ??（三）LED的分类 ?? 1．按发光管发光颜色分 ????按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝 ????光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处 ????掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无 ????色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 ?? 2．按发光管出光面特征分 ????按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。????圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常 ????把φ3mm的?发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1 ????（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分 ????有三类： ????（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值 ????角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联 ????用以组成自动检测系统。 ????（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。 ????（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。 ??3．按发光二极管的结构分 ??? 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封 ??? 装等结构。 ??4．按发光强度和工作电流分 ??? 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光??? 强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。 ??? 一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普 ??? 通发光管相同）。 ??? 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 ??（四）LED的应用 ????由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极 ????管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向 ????电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流IF应在0.6IFm以 ????下；应让可能出现的反向电压VR<0。6VRm。LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中，????可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的 ????遥控器中。 ??（1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图5所示。图中电阻R限流电 ???? 阻，其值应保证电源电压最高时应使LED的电流小于最大允许电流IFm。 ???? 图(a)中的电阻≈（E-VF）/IF； ???? 图(b)中的R≈（1.4Vi-VF）/IF; ???? 图(c)中的R≈Vi/IF式中，Vi——交流电压有效值。 ??（3）单LED电平指示电路。在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用LED表示输出 ???? 信号是否正常，如图7所示。R为限流电阻。只有当输出电压大于LED的阈值电压时，????? LED才可能发光。 ???? 图8所示。 ???? 构成的电平表。当输入信号电平很低时，全不发光。输入信号电平增大时，首先LED1 ???? 亮，再增大LED2亮……。 ??（五）发光二极管的检测 ??1．普通发光二极管的检测 ??（5）用万用表检测。利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好 ???? 坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。如果正向电 ???? 阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发 ???? 光管的发光情况，因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。 ??如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导 线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发 光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置×10Ω挡。 正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至×1Ω若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于×1Ω，以免电流过大，损坏发光二极管。 ??（2）外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.4～3V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF≈3V，且不发光，说明发光管已坏。 ??由于红外发光二极管，它发射1～3μm的红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数mW，不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.3～2.5V。正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光电池）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如图11所示。

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