發(fā)光
二極管Light-Emitting Diode，簡稱LED。LED之所以可以發(fā)光，是因為電流流過LED時，產(chǎn)生了電致發(fā)光效應(yīng)(電流流過物質(zhì)或物質(zhì)在強電場下的發(fā)光現(xiàn)象)。LED發(fā)光的顏色則是與其中摻雜的元素有關(guān)。LED的用途廣泛，可用作各種照明用途。
LED選型的重要參數(shù)
1 顏色 2封裝尺寸 3正向電壓 4功耗 5成本 6工作溫度
LED基本結(jié)構(gòu)
發(fā)光二極管簡稱為LED，組成LED的主要材料包括：管芯、粘合劑、金線、支架和環(huán)氧樹脂。
圖 LED二極管結(jié)構(gòu)
LED分類
1按外形分
a 貼片式
b 直插式
貼片式與插件式二極管的正負極區(qū)分
圖 貼片發(fā)光二極管 圖 插件發(fā)光二極管
2 按發(fā)光顏色分
a普通單色發(fā)光二極管
b高亮度發(fā)光二極管
c變色發(fā)光二極管
d閃爍發(fā)光二極管
e電壓控制型發(fā)光二極管
f紅外發(fā)光二極管等。
a普通單色LED
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。
b普通單色LED
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650~700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長一般為630~650 nm ，橙色發(fā)光二極管的波長一般為610~630 nm左右，黃色發(fā)光二極管的波長一般為585 nm左右，綠色發(fā)光二極管的波長一般為555~570 nm。
c高亮度LED
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。
d變色LED
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。
e電壓控制型LED
普通發(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。
f紅外LED
紅外發(fā)光二極管也稱紅外線發(fā)射二極管，它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光控及遙控發(fā)射電路中。紅外發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導(dǎo)體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。
LED發(fā)光二極管與普通二極管的比較
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)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（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，發(fā)光二極管圖形符號如下圖所示：
圖 二極管電路符號
主要參數(shù)及其特點
1正向電壓V
F
正向電壓指LED通過的正向電流為規(guī)定值時，正、負極之間產(chǎn)生的電壓降，用符號VF表示。我司常用的貼片發(fā)光二極管正向電壓為2.0V-3.5V，超過了正常工作電壓，二極管可能被擊穿。此外，在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。
2正向電流I
F
正向電流指LED在正常工作時的電流，一般普通發(fā)光二極管的工作電流很小，只有10mA-45mA。在電壓增加時，電流會有很大程度的上升，所以一般發(fā)光二極管都串接有保護電阻。
3反向電壓V
R
反向電壓指LED兩端所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。我司常用的發(fā)光二極管最大反向電壓一般為5V
4最大功耗P
D
最大功耗是指允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說，它消耗的電能不超過0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。
5顏色與波長
由不同材料制成的管芯可以發(fā)出不同的顏色。即使同一種材料，通過改變摻入雜質(zhì)的種類或濃度，者改變材料的組份，也可以得到不同的發(fā)光顏色。下表是不同顏色的LED所使用的發(fā)光材料。
|
發(fā)光顏色 |
使用材料 |
波長 |
|
普通紅 |
GaP |
700 |
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高亮紅 |
GaAsP |
630 |
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超亮紅 |
GaAlAs |
660 |
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超亮紅 |
AlGaInP |
625-640 |
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普通綠 |
GaP |
565-572 |
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高亮綠 |
AlGaInP |
572 |
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超高亮綠 |
InGaNg |
505-540 |
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普通黃 |
GaAsP |
590-610 |
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超亮黃 |
AlGaInP |
590-610 |
6光強
一光源在單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量稱為該光源的光強I。發(fā)光強度的單位是坎德拉（cd）常用毫坎德拉（mcd）, 一單位立體角內(nèi)發(fā)出一流明的光稱為一坎德拉。坎德拉是一個光源在給定方向上的發(fā)光強度。
7視角
在發(fā)光強度分布圖形中，發(fā)光強度等于最大強度一半構(gòu)成的角度稱為半值角。如圖<5>所示。圖中，沿LED法向為機械軸方向，最大發(fā)光強度方向為光軸方向，機械軸與光軸之間的夾角成為偏差角。芯片的厚度、封裝模條的外形尺寸、支架反射杯的深度以及支架在模腔中的插入深度都對半值角的大小有直接影響。制造中，可以根據(jù)客戶要求，通過選取不同的材料及選用不同的封裝尺寸來得到不同大小的半值角。
從發(fā)光強度角分布圖來分有三類：
a高指向性，一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。
b標準型，通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。
c散射型，這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大。
8工作溫度
工作環(huán)境溫度是影響二極管工作的一個重要參數(shù)，對光強電流等參數(shù)都有很大影響
9使用壽命
人稱LED光源為長壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。
公安備案號32010402000033
