LED灯的特点及其发光原理

LED灯的特点及其发光原理一、LED的构造及发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的根本学问，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode〔发光二极管〕的缩写，它的根本构造是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部LED的抗震性能好。p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时〔即两端加上正向电压〕，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。二、LED光源的特点电压：LED6-24V之间，依据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。效能：消耗能量较同光效的白炽灯削减80%LED3-5mm的正方形，所以可以制备成各种外形的器件，并且适合于易变的环境稳定性：1050%响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级对环境污染：无有害金属汞颜色：转变电流可以变色，发光二极管便利地通过化学修饰方法，调整材料的能带构造和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最终为绿色价格：LEDLED的价格就可以与一只白炽灯300～500只二极管构成。三、单色光LED的种类及其进展历史P-NLED2060GaAsP，发红光〔λp=650nm〕，20毫安时，光通量只有千分之几0.1流明/瓦。70年月中期，引入元素InNLED产生绿光〔λp=555nm〕，黄光〔λp=590nm〕和橙光〔λp=610nm〕，1流明/瓦。80GaAlAsLEDLED10流明/瓦。90GaAlInPGaInN两种材料的开发成功，LED2023年，前者做成的LED在红、橙区〔λp=615nm〕100流明/LED在绿色区域〔λp=530nm〕的光效可以到达50流明/瓦。LED的应用LEDLED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为1402023流明的白光。90%200流明的红光。而在设计的灯中，Lumileds公18个红色LED14瓦，即可产生同样的光效。LED光源应用的重要领域。1987灯，由于LED响应速度快〔纳秒级〕，可以及早让跟随车辆的司机知道行驶状况，削减汽车追尾事故的发生。另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。LED的开发对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LEDGaN〔YAG〕GaN芯片发蓝光〔λp=465nm，Wd=30nm〕，高温烧结制成的含Ce3+YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光放射，峰550nmLED基片安装在碗形反射腔中，掩盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光局部被荧光粉吸取，另一局部蓝光与荧光粉发出的黄光InGaN/YAGLEDYAG荧光粉的化学3500-10000K的各色白光。〔编辑李艳欣〕LED灯具特性LED〔Light-Emitting-Diode〕是一种能够将电能转化为可见光的半导体，其特点如下：效率高依据通常的光效定义，LED的发光效率并不高〔10～30lm/W，目前LED55lm/W〕，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以到达80-90%，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10-20%。光线质量高由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，LED属于典型的绿色照明光源。光色纯与白炽灯全频段光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。能耗小单体D的功率一般在5～要，铺张很少。尤其是需要彩色光的时候，承受白光经过滤色的方式大费周折并且铺张LED固有的彩色却是得天独厚。寿命长70%10万小时，实际上几乎无限。牢靠耐用没有钨丝、玻壳等等简洁损坏的部件，非正常报废的可能性很小，维护费用极为低廉。应用敏捷体积小，可平面封装易开发成轻薄短小产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。安全1.5~5V20~70mA之间。响应时间短适合于频繁开关以及高频运作的场合。绿色环保废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯含有汞成分。掌握敏捷通过调整电流可以调光，不同光色的组合可以调色，加上时序掌握电路可以到达多样的动态变化效果。第一讲LED主要参数与特性特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。本文将为你具体介绍。1、LED电学特性I-V特性偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。如上图：RLED其值不同，GaAs1VGaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN2.5V。IF与外加电压呈指数关系IF=IS(eqVF/KT–1) ISV＞VFIFVF指数上升，IF=ISeqVF/KTpnVVRIR〔V-5V〕时，GaP0V，GaN10uA。V＜VR，VR称为反向击穿电压；VRIR为反向漏电流。当反向偏压始终LED的VR也不同。C-V特性(280×280um)，12×12mil〔零偏压〕C≈n+pf左右。C-V特性呈二次函数关系〔2〕1MHZC-V特性测试仪测得。PFmLEDIF、管压降为UFP=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流肯定促使时，〔功率〕，PKT〔TjTa〕。响应时间LCD〔液晶显示〕10-3~10-5S，、LED10-6~10-7S〔us级〕。LED3tr、tft0值很小，可无视。10%90%LED熄灭时间——tf10%所经受的时间。Dss其响应时间＜PS10~100MHZ高频系统。LED光学特性发光二极管有红外〔非可见〕与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。发光法向光强及其角分布Iθ〔法向光强LED90。当偏离正法θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装外形而强度依靠角方向。IθLED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺〔包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否〕⑴为获得高指向性的角分布〔4〕LED管芯位置离模粒头远些；〔子弹头〕的模粒头；LED2θ1/26左右，大大提高了指向性。⑵当前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)LED：5°、10°、30°、45°。发光峰值波长及其光谱分布LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。pn结构造〔外延层厚度、掺杂杂质〕等有关，而与器件的几何外形、封装方式无关。LED光谱响应曲线。其中550nm；λp680～700nm；Si光电二极管，通常作光电接收用。LED，都有一个相对光强度最强处〔光输出最大〕，与之相对应有一个波λpλp波长。处，存在两个光强等于峰值〔最大光强度〕一半的点，此两LED单色性的参数，LED40nm。LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观看到的，由LED发出主要单色光的波长。单色GaPLED长期工作，结温上升而主波长偏向长波。光通量DD〔。LED1LEDF≈1.5~1.8小芯片1mm×1mmLED，F=18lm。发光效率和视觉灵敏度LED效率有内部效率〔pn结四周由电能转化成光能的效率〕与外部效率〔辐射到外部的效率〕。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。LED光电最重要的特性是用辐射出光能量〔发光量〕与输入电能之比，即发光效率。λ555nm680FP=∫Pλdλ；F=∫KλPλdλ——η=放射的光子数/pn结载流子数=〔e/hcI〕∫λPλdλ。假设输入能量为W=UI，ηP=P/Whc=ev，则η≈ηP，则总光通F=〔F/P〕P=KηPWKF/P。W=KηP的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。LED流明效率〔可见光发光效率〕：LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向pn为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光〔光取出效率〕效率。LEDηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时〔无环氧封装〕假设垂直入射，32%，鉴于晶体本身对光有相当一局部ηe可实行以下措施：〔n=1.55并不抱负〕掩盖在芯片外表；n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分GaAs、GaAsP、GaAlAsLED4~6倍。发光亮度cd/m2Nit。〔尼特〕，14×108Nit。LEDLED，JO〔电流密度〕BO也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度上升，ηc〔复合效率〕下降，BO减小。当环境温度不变，电流增大足以引起pn结结温上升，温升后，亮度呈饱和状态。寿命Bt=BOe-t/τ，Btt时间后的亮度，BO为初始亮度。Bt=1/2BOtt要花很长的时间，通常以推算求得寿命。~104BO，Bt=1000~10000，代Bt=BOe-t/τ求出τBt=1/2BOt。LED106LEDIF=20mA下。随着功率型LED开发应用，LED的