LED的基础知识.pptx
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1、LED的发光原理的发光原理LED的光、色、电特性的光、色、电特性LED的种类的种类LED的特点的特点白光白光LED的实现的实现LED的应用的应用LED的发展和应用前景的发展和应用前景LED是“lightemittingdiode”的英文缩写。中文名:发光二极管。LED是一种将电能转换为光能的固体电致发光(EL)半导体器件。LED实质性核心结构是由元素谱中的-族或-族化合物材料构成的p-n结。发展阶段发展阶段年份年份发展进程发展进程发光效率发光效率(lm/w)应用领域应用领域指指示示应应用用1962GaAsP红光红光LED(样品)(样品)302005InGaAlPGaAs、InGaNSiC彩色彩
2、色LED502007-2009功率级白光功率级白光LED100物体的物体的发光方式发光方式冷光热光:又叫热辐射,是指物质在高:又叫热辐射,是指物质在高温下发出的光。温下发出的光。:某种能源在较低温度时所发:某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时,某个原出的光。发冷光时,某个原子的一个电子受外力作用从子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的,该于这种状态是不稳定的,该电子通常以光的形式将能量电子通常以光的形式将能量释放出来,回到基态。释放出来,回到基态。白炽灯:当钨丝在真白炽灯:当钨丝在真空或是惰性气体中加空或是惰性气体中加热至很高的温度,就
3、热至很高的温度,就会发出白光。会发出白光。生物发光:萤火虫生物发光:萤火虫化学发光:荧光粉化学发光:荧光粉阴极射线发光:荧光灯、阴极射线发光:荧光灯、金卤灯金卤灯场致发光:无极灯场致发光:无极灯电致发光:电致发光:LEDLED 电致发光原理:电场的作用激发电子由低能态跃迁到高能态,当这些电子从高能态回到低能态的时候,根据能量守恒原理,多余的能量将以光的形式释放出来。目前发光二极管用的都是直接带隙材料GaAsGaAsSiSi直接带隙材料中,电子与空穴复合时,其发光跃迁(RadiativeTransition)有以下可能性:导带价带()带间复合导带价带()自由激子相互抵消()在能带势能波动区,局部
4、束缚激子的复合图()和()是一般红光产生光的原理,而图()是蓝光产生光的原理E E光光子子光是一种能量的形态,是一种电磁波。在同一介质中,能量从能源出发沿直线向四面八方传播,这种能量传递的方式通常叫做辐射。通常可以用波长来表达人眼所能感受到的可见光的辐射能量。人眼所能见的可见光的光波只占宽阔的人眼所能见的可见光的光波只占宽阔的电磁波谱家族中的很小空间。电磁波谱家族中的很小空间。各种颜色光的波长 光色光色波长波长(nm)代表波长代表波长红(Red)780630700橙(Orange)630600620黄(Yellow)600570580绿(Green)570500550青(Cyan)500470
5、500蓝(Blue)470420470紫(Violet)420380420光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关,即 1240/Eg(mm)电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量,大小为禁带宽度Eg。Eg越大,所发出的光子波长就越短,颜色就会蓝移。反之,Eg越小,所发出的光子波长就越长,颜色就会红移。若要产生可见光(波长在380nm紫光780nm红光),半导体材料的Eg应该在1.593.26eV之间。在此能量范围之内,带隙为直接带的-族或-族半导体材料只有GaN、GaP等少数材料,也可以利用-族或-族二元化合物组成新的三元或四元-族或-族固溶体,通过改变固溶体的组分来改变禁带宽度与
6、带隙类型。光的颜色与芯片的材料有关系。材料不一样,电子和空穴复合的能量不一样,发出的光也不一样。红、黄光芯片的主要材料:AlGaInP、GaAlAs蓝、绿光芯片的主要材料:GaN、InGaN窗口层窗口层P-P-限制层限制层N-限制层限制层活性层活性层布布拉拉格格反反射层射层衬底衬底LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的特性:(1)电学特性 (2)光学特性 (3)热学特性 电电学学特特性性I-V特性响应时间允许功耗LED的伏-安(I-V)特性(1)LED的伏-安(I-V)特性是流过芯片PN结电流随施加到PN结两端上电压变化的特性,它是衡量PN结性能的主要参数,是PN结
7、制作优劣的重要标志。(2)LED具有单向导电性和非线性特性。0IF反向死区VB死区电压正向工作区击穿区正向电流对LED较为重要的电学参数 开启电压UON正向电流IF 正向电压VF 反向电压VR BCE开启电压:电压在开启点以前几乎没有电流,电压一超过开启点,很快就显出欧姆导通特性,电流随电压增加迅速增大,开始发光。开启点电压因半导体材料的不同而异。GaAs是1.0V,GaAs1-xPx,Ga1-xAlxAs大致是1.5V(实际值因x值的不同而有些差异),GaP(红色)是1.8V,GaP(绿色)是2.0V,GaN 为2.5V。正向工作电流IF:它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中
8、应根据需要选择IF在0.6IFm以下。正向工作电压VF:参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。小功率彩色LED一般是在IF=20mA时测得的,正向工作电压VF在1.52.8V。功率级LED一般在IF=350mA时测得的,正向工作电压VF在24V。在外界温度升高时,VF将下降。最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。反向击穿电压也因材料而异,一般在-2V以上即可。反向漏电:当加反向电压时,外加电场与内建势垒电场方向相同,便阻止了多数载流子的扩散运动,所以只有很小的反向电流流过管子。但是,当反向电压加大到一定程度时,结在内外电场的作用下,把晶格中
9、的电子强拉出来,参与导电,因而此时反向电流突然增大,出现反向击穿现象。正向的发光管反向漏电流IR10A以下反向漏电流IR(V=-5V)时,GaP 为0,GaN 为10uA。反向电流越小,说明LED的单向导电性能越好。VB3.0v3.0v350mA350mAAlGaInP LEDAlGaInP LED-100mA-100mA-20v-20v3.4v3.4v350mA350mAInGaN LEDInGaN LED-100mA-100mA-7v-7v响应时间LED响应时间是指:通一正向电流时开始发光和熄灭所延迟时间,标志LED反应速度。响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。LED的点
10、亮时间上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始,一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。LED熄灭时间下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。不同材料制得的LED响应时间各不相同;如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间小于10-9S。因此它们可用在10100MHZ的高频系统中。允许功耗允许功耗P 当流过LED的电流为IF、管压降为UF,那么,LED的实际功率消耗P为:P=UFIFLED工作时,外加偏压、偏流一部分促使载流子复合发出光,还有一部分变为热,使结温升高。若结温大于外部环境温度时,内部热量借助管座向外传热,散逸热量。为保证LED安全工作,应该
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