LED(发光二极管)结构/发光原理/分类及特性详细介绍

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发光二极管LED是一种能发光的半导体电子元件。是一种透过三价与五价元素所组成的复合光源这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，被hp买价专利后当作指示灯利用。之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着白光发光二极管的出现，近年续渐发展至被用作照明。
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LED的分类
, y7 S: B$ s2 u% s, T（1）普通单色发光二极管
（2）高亮度发光二极管
( V% |; t4 `& Q5 H) O9 D' k（3）超高亮度发光二极管
（4）变色发光二极管
1 H3 X0 x  u' c（5）闪烁发光二极管
（6）电压控制型发光二极管
( M- s7 C1 u. o! z（7）红外发光二极管
  ~. Z$ ?( p" s! b（8）负阻发光二极

LED的结构及发光原理
LED结构图如图1所示 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（如图2所示）。当给发光二极管加上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到P区的电子在p-n结处复合，产生自发辐射，同时以光子的方式释放出能量，从而把电能转换为光能。当LED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。它所发出的光的波长，及其颜色，是由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决定。

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0 a" ?% u+ h4 v7 L. o2 DLED的工作条件
; l9 T) K8 |+ U# D$ j（1）输入直流电压必须不低于LED的正向电压降，否则，LED不会导通而发光。
/ e# c1 V9 L0 [& ~（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动，当驱动并联的LED或LED串时，要求恒流而不是恒压供电。
（3）为防止LED损坏，应对流过LED 的电流加以限制，需要串联阻值合适的电阻。
. `) e8 L% z& {, ?5 l' ^; y（4）由于LED电流与其光能量之间的非线性关系，LED应在光效比较高的电流值下工作。
  ^/ U1 [3 f8 }% O（5）大功率LED最好加设散热器，以防止器件过热而损坏。

LED的工作特性
! T! H- f; H5 d5 i（1）LED像普通二极管一样，是一个含有PN结的半导体器件，具有单向导电性。
/ }/ E: i; o' [5 l（2）LED有一个门限电压，只有加在LED两端的电压高于这个门限电压时，LED才会导通。普通硅二极管的导通门限为0.5～0.7V，而LED的门限电压通常为1.5～3.5V。LED的门限电压和正常工作时的正向电压降与LED的光色有关，红光、绿光、黄光等LED的正向电压降（VF）通常为0.4～2.6V，而白光LED的正向电压降通常为3～4.2V。
6 l. _- H- |+ ~（3）LED具有非线性的伏一安特性曲线，通过LED的电流与加在它两端的电压不成正比关系，如图3所示。
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* ^5 J! ~  P' Q" \" `（4）LED的光通量输出随流过LED电流的增大而增加，但不成正比。当光通量增加到一定程度后，其随电流增加而增加的量很少，呈明显变缓之趋势，如图4所示。
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4 ~3 n/ o4 ^8 B/ N' ?& U（5）LED是一种对温度比较敏感的器件，当其结温升高时，光输出将减少，正向电压也会降低。
8 W) u- L' L* o- q& ~（6）即使是同一型号甚至是同一批次生产的LED器件，其参数的离散性也较大。
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LED的应用及前景
% K+ @' m" D! J1 \+ f# K由于发光二极管具有工作电压很低（有的仅一点几伏）、工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长、通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱等优点，其应用是非常广泛的。如LED显示屏、交通信号灯、灯饰、电视遥控器、照明灯等LED的应用均与我们日常生活息息相关。
LED灯在照明的应用上具有以下多种优点：
（1）高效节能：发光效果相同的情况下，LED灯比传统的日光灯节能67%，从而可以有效的节省电费的支出。
8 a! G+ l3 N3 _) w（2）超长寿命：LED节能灯采用半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达50000小时以上（普通白炽灯使用寿命仅有1000小时左右，普通节能灯的使用寿命也只有8000小时）。
, n# V0 v, n, C( F+ Z（3）光线健康：LED节能灯光线不含紫外线和红外线，不会产生辐射（高压钠灯光线中含有紫外线和红外线）。
0 ~3 r$ B$ V% \（4）绿色环保：LED节能灯不含贡和疝等有害元素，利于回收，而且不会产生电磁干扰（高压钠灯中含有贡和疝等元素，其中电子镇流器会产生电磁干扰）。
7 K& n& z! X( T# q（5）光效率高：LED节能灯发热小，80%的电能转化为可见光（普通白炽灯仅有20%的电能转化为光能，其余则以热能的形式损失掉）。
（6）保护视力：LED节能路灯颗粒采用直流驱动，无闪频（普通灯都是交流驱动，必然会产生闪频）。
（7）安全系数高：LED节能路灯所需电压、电流较小，发热少，不会产生安全隐患，特别适用于矿场等危险产所。
（8）防蚊虫：LED灯由于没有紫外线，不会像传统日光灯一样吸引蚊虫，从而有利于维护室内清洁。
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