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1、发光 LED 的原理及特性详解 （一） LED 发光原理-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。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
2、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 m 以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长 与发光 区域的半导体材料禁带宽度 g 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 3.261.63eV 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本、价格很高，使用不普遍。（二） LED 的特性1极限参数的意义
3、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 0 的光强最大，该波长为峰值波长。2）发光强度 IV
4、 ：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。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 的坐标为相对发光强度（即发光强度与最
5、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。（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 0.6·IFm 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 1.4 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<10 A 以下。