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LED的選型與應用——值得收藏


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LED的發光原理

基本概念

LEDLight emitting
diode

  • 發光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)、 AlGaInP (磷化鋁鎵銦)等半導體製成的,其核心是PN結。

  • 半導體發光二極管是一類在輸入一定電壓、電流後,會發出一定波長,一定顏色,一定亮度光的結構較簡單的半導體發光器件。其發射的波長改寫了可見光、紅外、遠紅外。(通常發光二極管是指發射可見光的二極管,發光光譜為380~780nm,為人眼所見)

發光原理簡介

  • 由於LED本質上是一種PN結,因此它具有一般P-N結的I-V特性,即正嚮導通,反向截止、擊穿特性。

  • 在正向電壓下,電子由N區註入P區,空穴由P區註入N區。這些電子與價帶上的空穴複合,複合時得到的能量以光能的形式釋放。這就是P-N結髮光的原理。

理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關,即λ≈1.24/Egµm

與一般的PN結相比,LEDPN結具有以下特點:

  • 禁帶寬度在1.7~3.0eV

  • 直接躍遷占主導(躍遷過程滿足能量守恆和動量守恆,光子的動量相比電子可忽略)

  • 通過摻雜的方式在禁帶能級中引入發光中心能級,以提高發光效率

帶隙為直接帶的III-V族半導體材料只有GaN等少數材料。解決這個問題的一個辦法是利用III-V族的二元化合物組成新的三元或四元III-V族固溶體,通過改變固溶體的組分來改變禁帶寬度與帶隙型別,由一種半導體過渡到另一種半導體。

LED的基本引數

主要引數及定義

  • 最大工作電流ICMLED長期工作時,所允許通過的最大電流

  • 正向壓降VF:通過規定的正向電流時,LED兩端產生的正向電壓

  • 正常工作電流IF LED兩端加上規定的正向電壓時,LED內的正向電流

  • 額定功率Pd:長期工作時,所允許消耗的最大功率

  • 反向漏電流IR LED兩端加上規定的反向電壓時,LED內的反向電流

  • 發光波長λLED在一定工作條件下,發光的峰值(發光強度最大點)對應的波長

  • 色坐標:LED發出的光線在色坐標圖上所對應的位置的坐標

三種色匹配函式X (λ), Y (λ), Z
(λ)
分別對應人類視覺系統的紅、綠、藍視網膜錐細胞的敏感響應曲線。彩色光的感知是通過三種視網膜錐細胞的光刺激程度獲得的,刺激程度可以使人來判斷所有可能的顏色。(Y (λ)= V(λ)

這裡xyz三個刺激值,代表每一種顏色分別對三種視網膜錐細胞的刺激。三個刺激值xyz的單位是瓦。

再將xyz歸一化,轉換為色坐標。歸一化之後Z=1-X-Y,所以它不是獨立變數,在色坐標中可以不包含它

  • 發光強度IV LED通過規定的電流時,在管心垂直方向上單位立體角通過的光通量

流明通量:計量光源被人眼所觀察時呈現的光功率,流明通量的單位用Lumen來度量,一個波長為555nm的單色光源,發射光功率為1/683瓦、光源的流明通量為1 Lumen

流明強度:計量光源被人眼所觀察時呈現的光強度,流明強度用Candela來度量,一個波長為555nm的單色光源,發射光功率為1/683瓦、在一個單位立體角的流明光強度為1 Candela。

亮度:LED通過規定的電流時,在管心垂直方向上某處單位面積通過的光通量,單位lm/m2(lux)

  • 發光分散角θ:評價LED聚光效果的引數,θ越小,聚光越好,發光方向性越強

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