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1、LED完全手册一、LED的结构及发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，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，它的基本结构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，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由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
2、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，通常被用在电子器具来显示电路是否关闭或打开的指示灯,光的强弱与电流有关。透明的环氧半导体晶片LED环氧围封下伸出的那两条线或者"灯泡"显示出LED应怎样加连接到电路,LED导线的负极是以两种方法来显示,一种是由灯泡的平面,第二种是两条线当中短
3、的那条线,负极导线应连接到电池负端,LED运行电压相对很低大约只有1到4伏电压,吸取的电流也大约只有10到40毫安.发光二极管最重要的一部分就是在灯泡中央的半导体晶片,晶片有两个由接口分离的区域,P区域是由正电荷控制,而n区域是由负电荷控制,这个接口充当了P和n电子流动的挡板,只有当半导体晶片的电压足够时,电流才开时流动和电子穿过接口进入到P区域,什么使LED发出光和什么决定了发光二的颜色当足够的电压到达晶片穿过发光二极管的导线,电子就非常容易的在P和N的区域穿过分隔处,在P区域正电荷比负电荷要多很多,在n区域中的
4、电子比正电荷多,当电压和电流开始流动,在N区域的电子就有足够的能源移动穿过分隔处进入P区域,由于共有的库仑力的正负电荷之间的互相吸引P区域电子立即吸引到正电荷,当电子足够的移动到与P区域的正电荷的接近,这两种电荷就"重新结合"每次电子和正电荷结合时,电位能转变为电磁能,每次正负电荷的重新结合时,电磁能的量子以半导体材料的频率特性的光电形式发出(通常是镓,砷和磷的化学元素结合)只有当光量子在非常狭的频率范围内才可以发射光不同的半导体材料使发光二极管发出不同的颜色和需要不同的能量去使它们变亮.发光二极管发出的能量有多少
5、所需的电压引起电子流动穿过P-n分隔处和电能是同恒量的,不同颜色的发光二极管发出单色的显眼光,发光二极管发出光的能量(E)是和电子电荷(q)有关和所需的电压(V)使发光二极管发光E=qV焦耳,这个公式简单的说明了电压和电能是同恒量的.恒量q是指一个单电子的电荷-1.6x10-19库仑(电量单位) 找出来自电压的能量假如测量流过发光二极管导线的电压,你希望找出使发光二极管发出光所需的相应能量.比如说发红光的发光二极管和所测电压和导线是1.7伏,那么使二极管发光所需的能量是E=qV或者E=-1.6x10-19(1.71
6、)焦耳 找出波长或频率光的频率和光的波长有关联,分光仪可以用来检查由发光二极管发出的光和估计由LED发出光的最高峰值.但我们更喜欢检测由LED所发出的光强度,.C是代表光的速度(3x108米每秒)而是代表由分光仪读取的光波长(以纳米或10-9米为单位).假如你从分光仪器中观察发红光的二极管,你会发现LED发出的最高的强度颜色范围和从分光仪读取的波长是相符合的=660nmor660x10-9m.二、LED光源的特点1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安
7、全的电源，特别适用于公共场所。2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%5.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6.对环境污染：无有害金属汞7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，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，最后为绿色8.价格：L
8、ED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。三、单色光LED的种类及其发展历史最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0
