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1、第一章LED照明基础知识理论半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理 发光二极管是由-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
2、（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，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*近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料有关，即1240/Eg（mm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.2
3、61.63eV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
4、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0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: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1/2和视角：1/2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。坛岛利半值角板的务2怪
5、倍为视角（或蓬称半功率角）制。砖蜜图驴3削给出的二只不梢同型号发光二抖极管发光强度楼角分布的情况矮。中垂线（法由线济）丸A键O搬的坐标为相对袋发光强度（即饱发光强度与最狼大发光强度的青之比）。显然味，法线方向上导的相对发光强墨度肿为垫1尺，离开法线方集向的角度越大折，相对发光强朋度越小。由此亿图可以得到半肚值角或视角值购。确油咬（颈5摩）正向工作电芽流企I沙f杠：它是指发光首二极管正常发仇光时的正向电养流值。在实际丘使用中应根据腥需要选铸择甚I威F蹄在腰0.6IF皮m育以下。物距屈（碗6搅）正向工作电壶压页V忙F萝：参数表中给叶出的工作电压杆是在给定的正怕向电流下得到肚的。一般是撤在贼IF=2
6、0m英A孔时测得的。发绍光二极管正向射工作电绝压老V堤F标在食1.式4货辨3乱V植。在外界温度冬升高时乡，戴V纠F须将下降深。营早野旋（闹7惭）由V-岗I恩特性：发光二卷极管的电压与寺电流的关系可轿用泡图察4宿表示眯。求蛙在正向电压正生小于某一值（枯叫阈值）时，轮电流极小，不氏发光。当电压列超过某一值后炎，正向电流随头电压迅速增加券，发光。焰由欲V-泡I被曲线可以得出袄发光管的正向滑电压，反向电必流及反向电压野等参数。正向始的发光管反向虾漏电蒜流肤IR 员逃丈（三罢）单LE援D块的分旺类与倡潮1庭悉挎按发光管发光馆颜色只分怀知干田按发光管发光竞颜色分，可分传成红色、橙色示、绿色（又细光分黄绿、
7、标准梨绿和纯绿）、饼蓝光等。另外诊，有的发光二卸极管中包含二脚种或三种颜色年的芯片岂。振孕康置根据发光二极篇管出光处掺或鱼不掺散射剂、狮有色还是无色动，上述各种颜萄色的发光二极吨管还可分成有袭色透明、无色脑透明、有色散郊射和无色散射表四种类型。散材射型发光二极颤管和达于做指斤示灯用鹰。爽患心2亮视院按发光管出光索面特征港分权刑找枪按发光管出光降面特征分圆灯果、方灯、矩形占、面发光管、康侧向管、表面悬安装用微型管错等。圆形灯按停直径分漏为冬正2mm家、蛮爬4.4mm抚、阶弯5mm易、掌焰8mm送、斧魂10mm仙及轨估20mm阀等。国外通常滴把前逝3mm虫的发光二极管葵记众作题T-首1届；州把妄势
8、5mm大的记庄作景T-品1故（亲3/杂4陆）；竟把差掩4.4mm按的记切作做T-沈1行（酬1/缓4觉）何。引啊线止由半值角大小介可以估计圆形批发光强度角分样布情况。从发丢光强度角分布愚图来分有三类傻：漂省摊铲（纽1介）高指向性。孟一般为尖头环章氧封装，或是劝带金属反射腔养封装，且不加储散射剂。半值丑角锅为准5分移狭20亚因或更小，具有扰很高的指向性辫，可作局部照课明光源用，或糊与光检出器联坏用以组成自动妻检测系统狂。外垂泳提（秋2活）标准型。通甚常作指示灯用窗，其半值角便为座20爹棋后45舱斤。部昆浆靠（六3刘）散射型。这梅是视角较大的融指示灯，半值音角夜为总45转医窜90志特或更大，散射叫剂
9、的量较大宅。扯垄壁3速按发光二极撕管的结构艺分俩坛刮消按发光二极管弹的结构分有全拉环氧包封、金姜属底座环氧封昂装、陶瓷底座晶环氧封装及玻眉璃封装等结构旧。辞泄胶4饿按发光强度兰和工作电流芹分搞堪本才按发光强度和翼工作电流分有赵普通亮度怀的虫LE脖D粘（发光强麦度拿100mc刷d贫）；把发光强免度成在滥1看0确拢100mc翠d润间的叫高亮度作发光二极管搜。匆梯钥一烧般格LE趟D坐的工作电流在贱十池几途m零A山至几杨十灰m芳A叨，而低电坏流牲LE吵D候的工作电流碰在船2m浇A毫以下（亮度与阶普通发光管相潮同）幸。抽辅丛晚除上述分类方膝法外，还有按刺芯片材料分类钥及按功能分类的的方法。法宗物（四隐）
10、唇LE非D笋的应杯用段应稠质由于发光二极老管的颜色、尺经寸、形状、发忆光强度及透明亿情况等不同，促所以使用发光涂二极管时应根壤据实际需要进夸行恰当选择多。搭沙蚁嗓由于发光二极渡管具有最大正浩向电荐流搜IF追m叶、最大反向电裁压估VR司m衬的限制，使用签时，应保证不亲超过此值。为新安全起见，实础际电狠流剂I穿F浸应叛在更0.6IF迁m呆以下；应让可昼能出现的反向受电舍压文VR 记 LE锡D产被广泛用于种拒电子仪器和电蚀子设备中，可什作为电源指示糊灯、电平指示束或微光源之用闲。红外发光管攻常被用于电视集机、录像机等敏的遥控器中株。剃虑埋急（孕1臂）利用高亮度条或超高亮度发搁光二极管制作杀微型手电的
11、电崇路如夹图饱5好所示。图中电原阻父R桌限流电阻，其质值应保证电源酿电压最高时应汪使乘LE侨D梅的电流小于最域大允许电靠流耳IF歼m弹。状（泳2煌）竭图牺6(a费)奸、辽(b动)丸、卫(c创)缸分别为直流电峰源、整流电源幻及交流电源指峡示电路着。皱暂丑图娱(a擦)站中的电弦阻歉头（劣E-V瓦F航）麻/I卫F悬；病猎图壳(b盼)乓中蠢的亲R平定（唐1.4Vi-帐V买F攀）职/IF; 置昂图翼(c史)股中秩的圾R趋寸Vi/IF 齿起式中山，惜V城i贤膛锻交流电压有效泄值物。客圣（若3蜓）镜单汽LE佳D度电平指示电路悟。在放大器、膏振荡器或脉冲鸦数字电路的输怜出端，可程用先LE换D女表示输出信号米是
12、否正常，如阀图乔7盟所示榆。厨R冷为限流电阻。央只有当输出电往压大浩于耐LE泻D结的阈值电压时会，永LE秒D杨才可能发光简。宵绣进蔽（玉4步）团单痛LE耻D湖可充作低压稳垒压管用。由材于背LE复D县正向导通后，自电流随电压变祸化非常快，具莲有普通稳压管验稳压特性。发亦光二极管的稳毛定电压化在独1.亦4木循3平V盆间，应根据需阿要进行选卧择锁V给F杜，如粗图佣8燃所示鸽。姥纠次燥（裁5茎）电平表。目锯前，在音响设戏备中大量使弄用虎LE款D格电平表。它是伴利用多只发光巩管指示输出信油号电平的，即逼发光渴的薯LE辽D蛋数目不同，则渡表示输出电平咏的变化。胃图绸9器是才由露5犹只发光二极管趋构成的电平
13、表族。当输入信号骄电平很低时，蛛全不发光。输搁入信号电平增痰大时，首粪先唯LED盲1裙亮，再增厨大源LED核2良亮水筑翼。蹲怪五）发光二极斗管的检狼测秃察烦1边普通发光二宋极管的检转测抹旦汁偿（乘1筝）用万用表检匪测。利用具燃有踏10诱k火淋挡的指针式万洒用表可以大致己判断发光二极浓管的好坏。正艳常时，二极管填正向电阻阻值去为几十仓至诉200廉k拥籍,轻反向电阻的值钟为斤咐。如果正向电档阻值藏为杠0祥或鱼为素剃，反向电阻值进很小或冈为忙0胳，则易损坏。啄这种检测方法际，不能实地看积到发光管的发亿光情况，因牌为厦10善k柿预挡不能析向芬LE丰D泼提供较大正向忆电流忠。拜穴嘱色如果有两块指骡针万用
14、表（最恋好同型号）可秤以较好地检查鉴发光二极管的灌发光情况。用红一根导线将其奸中一块万用表织的脏“互+群”含接线柱与另一恋块表主的泼“困-晋”虽接线柱连接。谱余下餐的绘“吼-酬”研笔接被测发光隐管的正极萍（搜P滤区），余下升的触“逆+弱”描笔接被测发光且管的负极版（咬N锯区）。两块万磁用表均岭置博1驼0袄弓挡。正常情况下下，接通后就系能正常发光。扛若亮度很低，析甚至不发光，脾可将两块万用蠢表均拨农至侮徐1董疾若，若仍很暗告，甚至不发光现，则说明该发对光二极管性能科不良或损坏。裂应注意，不能岩一开始测量就融将两块万用表留置衡于拳水1衣服，以免电流过劈大，损坏发光锻二极管沸。城发（货2着）外接电源
15、测挥量。碰用痰3们V嫁稳压源或两节燥串联的干电池月及万用表（指纸针式或数字式令皆可）可以较器准确测量发光乳二极管的光、滋电特性。为此弓可按肤图纱1杆0瑞所示连接电路像即可。如果测械得匪V雪F钻在低1.段4超泽3挤V犹之间，且发光丙亮度正常，可衰以说明发光正杰常。如果测愁得阔VF=咸0藏或斑V迈F答岩3阅V勾，饥且不发光，说朱明发光管已坏钻。句祝猫2展红外发光二绝极管的检膨测测愤驾爸由于红外发光军二极管，它发雷射珍1江熟3智谈m纸的红外光，人藏眼看不到。通倡常单只红外发费光二极管发射石功率只有衬数宵m缘W蹦，不同型号的盗红偶外竿LE邀D撕发光强度角分集布也不相同。连红仙外动LE供D证的正向压降一项般朋为横1.魔3窄片2.5条V按。正是由于其喉发射的红外光毒人眼看不见，兆所以利用上述秘可见贪光灾LE缎D泼的检测法只能擦判定芒其织P气N耗结正、反向电摧学特性是否正退常，而无法判胸定其发光情况椅正常否。为此修，最好准备一览只光敏器件（浪如疼2C谈R盟、味2D莲R论型硅光电池）篇作接收器。用伐万用表测光电庙池两端电压的唤变化情况。来绢判断红剑外栋LE扭D续加上适当正向觉电流后是否发凯射红外光。其皇测量电路如镰图挣1鸭1药所示璃。艘星二樱、贱LE闹D祝显示器结构及态分晕类述东摩彼通过发光二极民管芯片的适当潜连接（包括串塘联和并联）和硬适当的光学结醋构。可构成发挣
