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1、发光 LED 的原理及特性详解（一）LED发光原理发光二极管是由III-W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。1006040发光20PE区结区COOO价带中心520540560580600 620菠长k(mra)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
2、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p m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长A与发光 区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即入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3.261.63eV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
3、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
4、波长入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（med ）作单位。（3）光谱半宽度入：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8 1/2和视角：0 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。半值角的2 倍为视角（或称半功率角）。3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相
5、对发光强度（即发光强 度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。3020 JO LO 1020308B 3（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以 下。（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1.43V。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IRvlO“A以下。
