LED資料知識分享

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LED資料-LED資料發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N

2、區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：R（EUF）IF式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應(yīng)按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工

3、作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示09十個數(shù)目字。發(fā)光二極管分類發(fā)光二極管還可分為普通單色發(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)光二極管和負阻發(fā)光二極管等。1普通單色發(fā)光二極管普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻

4、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點亮。它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時需串接合適的限流電阻。普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關(guān)，而發(fā)光的波長又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導(dǎo)體材料。紅色發(fā)光二極管的波長一般為650700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為630650nm，橙色發(fā)光二極管的波長一般為610630nm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555570nm。常用的國產(chǎn)普通單色發(fā)光二極管有BT（廠標型號）系列、FG（部標型號）系列和2EF系列，見表4-26、表4-27和表4-28。常用的進口普通單色發(fā)光二極

5、管有SLR系列和SLC系列等。2高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(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)光二極管使用的半導(dǎo)體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強度也不同。通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。常用的高亮度紅色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見表4-29，常用的超高亮度單色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見表4-30。3變色發(fā)光二極管變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管發(fā)光顏色種類可分為雙色發(fā)光二極管、三色發(fā)光二

6、極管和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管按引腳數(shù)量可分為二端變色發(fā)光二極管、三端變色發(fā)光二極管、四端變色發(fā)光二極管和六端變色發(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、2EF322等型號，見表4-31。4閃爍發(fā)光二極管閃爍發(fā)光二極管（BTS）是一種由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件，可用于報警指示及欠壓、超壓指示。其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及內(nèi)電路框圖見圖4-26和圖4-27。閃爍發(fā)光二極管在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當(dāng)?shù)闹绷鞴ぷ麟妷海?V）即可閃爍發(fā)光。5電壓控制型發(fā)光二極管普通

7、發(fā)光二極管屬于電流控制型器件，在使用時需串接適當(dāng)阻值的限流電阻。電壓控制型發(fā)光二極管（BTV）是將發(fā)光二極管和限流電阻集成制作為一體，使用時可直接并接在電源兩端。LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。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)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體

8、材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。LED光源的特點1.電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。2.效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%3.適用性：很小，每個單元LED小片是3-5m

9、m的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境4.穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%5.響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級6.對環(huán)境污染：無有害金屬汞7.顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色8.價格：LED的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價格就可以與一只白熾燈的價格相當(dāng)，而通常每組信號燈需由上300500只二極管構(gòu)成。單色光LED的種類及其發(fā)展歷史最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED

10、光源問世于20世紀60年代初。當(dāng)時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（p=650nm），在驅(qū)動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（p=555nm），黃光（p=590nm）和橙光（p=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（p=615nm）的光效達到100流明/瓦，而后者

11、制成的LED在綠色區(qū)域（p=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。單色光LED的應(yīng)用最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)

12、速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。LED光參數(shù)介紹LED的光學(xué)參數(shù)中重要的幾個方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光強分布、波長。1發(fā)光效率和光通量發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個重要指標。2發(fā)光強度和光強分布LED發(fā)光強度是表征它在某個方向上的發(fā)光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數(shù)實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大

13、型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。3波長對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據(jù)觀察現(xiàn)在我國的一些LED信號燈中綠色發(fā)藍，紅色的為深紅，從這個現(xiàn)象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。LED光度測量原理1光強度的測量方法把光強標準燈，LED和配有V（）濾光片的硅光電二極管安裝和調(diào)試在光具座上，特別是嚴格地調(diào)燈絲位置，LED發(fā)光部位及接受面

14、位置。先用光強標準燈校準硅光電二極管，CE/S式中EsIS/(d2s)ds是標準燈與接受器之間的距離，Is是標準燈的光強度，Rs是標準燈的響應(yīng)。EsCRt式中Et是被測LED的照度，Rt是被測LED的響應(yīng)，則LED的光強度It為：ItEtd2t式中dt是LED與接受面之距離。對于LED來講，其發(fā)光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測量距離下，光強值會變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強值也會變化。因此，為了提高測量精度，應(yīng)該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如，測量距離按照GIE推薦采用316mm，接受器面積固定為1010m

15、m。在同一測量距離下，LED轉(zhuǎn)角不同，其光強也相應(yīng)地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數(shù)Rt為佳。2光通量的測量方法光通量測量在變角光度計的轉(zhuǎn)臺上進行，轉(zhuǎn)臺上安轉(zhuǎn)了LED，該轉(zhuǎn)臺在其水平面上繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)90度，LED在垂直面上繞著測光軸旋轉(zhuǎn)360度。在水平面上和垂直面上的轉(zhuǎn)角的控制是通過步進馬達來實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)臺在導(dǎo)軌上隨意移動，當(dāng)測量標準燈時，轉(zhuǎn)臺應(yīng)離開導(dǎo)軌。測量時大轉(zhuǎn)盤在水平面上繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，步進角度為0.9，正方向90，反方向90。LED自身也在旋轉(zhuǎn)，在每一個水平角度下，垂直平面上每隔18進行一次信號采集，轉(zhuǎn)完360之后共采集到20個數(shù)據(jù)，按下式計算總光通量。如果大盤旋轉(zhuǎn)090時，

16、小盤轉(zhuǎn)0360即可。但是大盤旋轉(zhuǎn)090時，有可能LED安裝不均勻（不對稱）而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉(zhuǎn)90090，小盤仍然轉(zhuǎn)0360，把大盤090和900兩個范圍內(nèi)絕對值相等的角度上的照度值取平均值來作為090內(nèi)的值。LED總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點是簡單易行，但測量精度不高。LED的總光通量計算方法如下，先計算離積分球入射窗口（入射窗口面積A）1距離上標準燈（光強值Is）進入積分球內(nèi)的光通量s，sIsAI2讀出接收器上的光電流信號is，然后把LED置于窗口上，讀出相應(yīng)的接收器光電流信號it，則LED的總光通量為：t=It/IssK式中K為色修正系數(shù)。3LED的

17、光譜功率分布測量方法：發(fā)光二極管的光譜功率分布測量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對已測得的LED的光度量值進行修正。在測量LED光譜功率分布時，應(yīng)注意以下幾點，一個是在與標準光譜輻照度進行比較時由于標準燈的光譜輻強度比LED強得多，為了避免這個問題，最好在標準燈前加一個中性濾光片，使它的光譜輻強度接近于LED。LED的光譜寬度很窄，為了準確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長寬度的單色儀進行測量，波長間隔為1nm為好。按下式計算LED的光譜功率分布Et。Et=EsIt/Is式中i是標準燈在波長i處的響應(yīng)；E是標準燈的光譜功率分布；i是LED在波長處的響應(yīng)。LED的色坐標

18、計算公式為：x=Etxdy=Etydz=Etyd色坐標為：xX/(X+Y+Z)yX/(X+Y+Z)也可計算LED的主波長和色純度。發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。發(fā)光二極管的主要特性表*cd(坎德拉)發(fā)光強度的單位二、發(fā)光二極管的類型、主要參數(shù)按其使用材料可分為磷化鎵(GaP)發(fā)光二極管、磷砷化鎵(GaAsP)發(fā)光二極管、砷化鎵(GaAs)發(fā)光二極管、磷銦砷化鎵(GaAsInP)發(fā)光二極管和砷鋁化鎵(GaAlAs)發(fā)光二極管等多種。按其封裝結(jié)構(gòu)及封裝形式除可分為金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝、樹脂封裝

19、和無引線表面封裝外，還可分為加色散射封裝（D）、無色散射封裝（W）、有色透明封裝（C）和無色透明封裝（T）。按其封裝外形可分為圓形、方形、矩形、三角形和組合形等多種，圖4-22為幾種發(fā)光二極管的外形。塑封發(fā)光二極管按管體顏色又分為紅色、琥珀色、黃色、橙色、淺藍色、綠色、黑色、白色、透明無色等多種。而圓形發(fā)光二極管的外徑從220mm，分為多種規(guī)格。按發(fā)光二極管的發(fā)光顏色又可人發(fā)為有色光和紅外光。有色光又分為紅色光、黃色光、橙色光、綠色光等。另外，發(fā)光二極管還可分為普通單色發(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)光二極管和負阻發(fā)

20、光二極管等。1普通單色發(fā)光二極管普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點亮。它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時需串接合適的限流電阻。圖4-23是普通發(fā)光二極管的應(yīng)用電路。普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長有關(guān)，而發(fā)光的波長又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導(dǎo)體材料。紅色發(fā)光二極管的波長一般為650700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為630650nm，橙色發(fā)光二極管的波長一般為610630nm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555570nm。常用的國產(chǎn)普通單色發(fā)光二極管有BT（廠標型號）系列、FG（部標型號）系列和2EF系列.常用的進口普通單色發(fā)光二極管有SLR系列和SLC系列等。2高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(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)光二極管使用的半導(dǎo)體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強度也不同。通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。3變色發(fā)光二極管變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二