发光二极管原理、颜色及类型等基础知识详解

发光二极管简称为LED,发光二极管原理:是一种将电能转换为光能的半导体二极管。LED发光二极管的光学参数的重要方面是:光通量,发光效率,发光强度,光强度分布和波长。LED发光二极管颜色:通过化学改性方法可方便地调节发光二极管,调节材料的能带结构和禁带宽度,实现红,黄,绿,蓝,橙的多色发光。

发光二极管简称为LED。它由含有镓(Ga),砷(As),磷(P),氮(N)等的化合物制成。

当电子和空穴复合时,它们可以辐射可见光,因此可以用于制造发光二极管。它用作电路和仪器中的指示灯,或用作文本或数字显示器。砷化镓二极管发出红光,磷化镓二极管发出绿光,碳化硅二极管发出黄光,氮化镓二极管发出蓝光。此外,有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED通过化学性质进一步分类。

发光二极管展示图
发光二极管展示图

发光二极管参数

LED的光学参数的重要方面是:光通量,发光效率,发光强度,光强度分布和波长。

发光二极管原理

它是一种将电能转换为光能的半导体二极管。与大多数普通二极管一样,LED由PN结构成,并且还具有单向导电性。当向发光二极管施加正向电压时,从P区域注入N区域的空穴和从N区域注入P区域的电子与N区域和P区域的电子分离。 PN结附近的千分尺。孔复合以产生自发辐射的荧光。不同半导体材料中电子和空穴的能态是不同的。当电子和空穴复合释放的能量不同时,释放的能量越多,发射光的波长越短。常用的二极管发红光,绿色或黄色的光。并且LED的反向击穿电压大于5伏。其正向伏安特性曲线非常陡峭,并且必须串联一个限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻值R可通过以下公式计算:

R =(E-UF)/ IF

其中E是电源电压,UF是LED的正向压降,IF是LED的正常工作电流。LED的核心是由P型半导体和N型半导体构成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间存在过渡层,称为PN结。在半导体材料的一些PN结中,注入的少数载流子与多数载流子重新结合以释放光的形式的过剩能量,从而直接将电能转换成光能。PN结加上反向电压,少数载流子难以注入,因此它们不发光。这是LED的基本照明原理,当它处于正向工作状态时(即正向电压施加到两端)。

LED发光二极管类型

发光二极管可分为普通单色发光二极管,高亮度发光二极管,超高亮度发光二极管,变色发光二极管,闪光发光二极管,电压控制的发光二极管,红外发光二极管和负阻发光二极管。

LED控制模式是恒定电流和恒定电压。有各种调光方法,例如模拟调光和PWM调光。大多数LED使用恒定电流控制,可以保持LED电流稳定并延长LED寿命周期。

• 普通单色LED发光二极管

普通单色发光二极管具有体积小,工作电压低,工作电流小,照度均匀稳定,响应速度快,寿命长等优点,可以通过各种直流,交流,脉冲等电源驱动。 。它属于电流控制的半导体器件,需要与合适的限流电阻串联。

传统单色LED发光二极管的照明颜色与照明波长有关,并且波长取决于用于制造LED的半导体材料。红色LED的波长一般为650~700nm,琥珀色LED一般为630~650nm,橙色LED一般为610~630nm,黄色LED约为585nm,绿色LED一般为555~570nm。

• 高亮单色LED发光二极管

高亮度单色LED和超高亮度单色LED的半导体材料不同于普通的单色LED,因此发光强度也不同。

通常,高光单色LED使用砷化镓(GaAlAs),超高亮度单色发光二极管使用磷铟镓(GaAsInP),而普通的单色发光二极管使用磷化镓(GaP)。)或磷砷化镓(GaAsP)。

• 各种颜色的LED发光二极管

各种颜色的LED是可以改变光的颜色的发光二极管。它可分为双色LED,三色LED和多色(红色,蓝色,绿色和白色)LED发光二极管。

根据引脚数量,变色LED可分为双端变色LED,三端变色LED,四端变色LED和六端变色LED。

• 闪烁的LED发光二极管

闪光发光二极管是一种特殊的发光装置,由CMOS集成电路和发光二极管组成。它可用于报警指示和欠压和过压指示。使用时,不需要连接外部元件,在引脚的两端添加适当的直流工作电压(5V)以闪烁。

• 电压控制LED发光二极管

电压控制的发光二极管集成了发光二极管和限流电阻,使用时可以直接连接到电源的两端。

• IR LED发光二极管

红色发光二极管
红色发光二极管

红外发光二极管由具有高红外辐射效率的材料(通常用作砷化镓GaAs)制成,并且施加正向偏压以将电流注入PN结以激发红外光。光谱功率分布的中心波长为830至950nm,半峰值带宽为约40nm。它的最大优点是它可以完全不含红色(使用940~950nm波长的红外管)或只有弱红色风暴(红色风暴可见红光)以延长使用寿命。我们在人眼中看到的是可见光。可见光的波长范围为380nm-780nm,根据可见光的波长,从长到短分为红色,橙色,黄色,绿色,青色,蓝色和紫色光。

通常使用红外发射器波长:850nm,870nm,880nm,940nm,980nm。

功率与红外发射管波长的关系:850nm> 880nm> 940nm。

发光二极管颜色

通过化学改性方法可方便地调节发光二极管,调节材料的能带结构和禁带宽度,实现红,黄,绿,蓝,橙的多色发光。红光管的工作电压小,不同颜色的红色,橙色,黄色,绿色和蓝色发光二极管的工作电压依次增加。

发光二极管极性

LED的两个引线中较长的一个是正极,应连接到电源的正极。另外,一些LED具有相同长度的两个引线,但是管具有凸起的小舌头,并且小舌头附近的引线是正的。

单向C 连通性

LED只能在一个方向(通电)上打开,称为正向偏压。当电流流动时,电子和空穴重新组合以发射单色光。这称为电致发光效应。光的波长和颜色与所用半导体材料的类型和掺入的杂质杂质有关。它具有效率高,寿命长,不易断裂,开关速度快,可靠性高等优点。近年来,白光LED的发光效率得到了显着提高。与此同时,由于制造商进入市场的竞争,每千流明的购买价格也大幅下降。

发光二极管特性

与白炽灯泡和氙气灯相比,LED具有低工作电压(仅一些电压),低工作电流(有些只能以几mAh照明),更好的抗冲击性和抗冲击性,高可靠性,长寿命,并且通过调制的电流可以容易地调制光的强度。由于这些特性,发光二极管在一些光电控制装置中用作光源并且在许多电子装置中用作信号显示器。

发光效率和光通量

发光效率是光通量与电功率之比,单位为lm / W. 发光效率代表光源的节能特性,是衡量现代光源性能的重要指标。

发光强度及其分布

LED照明的强度表示其在某个方向上的强度。由于LED在不同空间角度下的光强度差异很大,因此我们研究了LED的强度分布特性。该参数具有很大的实际意义,直接影响LED显示装置的最小视角。例如,LED体育场的大型彩色显示屏,如果LED单管分布范围窄,观众面对大角度的显示器就会看到扭曲的图像。而交通标志也需要大范围的人来识别。

发光二极管波长

对于LED的光谱特性,其单色性是关键,即红色,黄色,蓝色,绿色和白色等主要颜色是纯的或不纯的。因为在很多场合,如交通信号灯,颜色要求更严格,错误的颜色显示会影响驾驶员的视力。从这一现象出发,我们专门研究了LED的光谱特性,这是必要且有意义的。