LED基础理论知识2307.docx

《LED基础理论知识2307.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED基础理论知识2307.docx（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、LED基本理论知识半导体发光光器件包括括半导体发发光二极管管（简称LLED）、数数码管、符符号管、米米字管及点点阵式显示示屏（简称称矩阵管）等等。事实上上，数码管管、符号管管、米字管管及矩阵管管中的每个个发光单元元都是一个个发光二极极管。一、 半导体发发光二极管管工作原理理、特性及及应用（一一）LEDD发光原理理发光二极极管是由-族化合物物，如GaaAs（砷砷化镓）、GGaP（磷磷化镓）、GGaAsPP（磷砷化化镓）等半半导体制成成的，其核核心是PNN结。因此此它具有一一般P-NN结的I-N特性，即即正向导通通，反向截截止、击穿穿特性。此此外，在一一定条件下下，它还具具有发光特特性。在正正向电

2、压下下，电子由由N区注入入P区，空空穴由P区区注入N区区。进入对对方区域的的少数载流流子（少子子）一部分分与多数载载流子（多多子）复合合而发光，如如图1所示示。 此主题相关关图片如下下：假设发光是是在P区中中发生的，那那么注入的的电子与价价带空穴直直接复合而而发光，或或者先被发发光中心捕捕获后，再再与空穴复复合发光。除除了这种发发光复合外外，还有些些电子被非非发光中心心（这个中中心介于导导带、介带带中间附近近）捕获，而而后再与空空穴复合，每每次释放的的能量不大大，不能形形成可见光光。发光的的复合量相相对于非发发光复合量量的比例越越大，光量量子效率越越高。由于于复合是在在少子扩散散区内发光光的，

3、所以以光仅在*近PN结结面数m以内产产生。理论论和实践证证明，光的的峰值波长长与发光区区域的半导导体材料禁禁带宽度g有关，即即12240/EEg（mmm）式中EEg的单位位为电子伏伏特（eVV）。若能能产生可见见光（波长长在3800nm紫光光7800nm红光光），半导导体材料的的Eg应在在3.2661.663eV之之间。比红红光波长长长的光为红红外光。现现在已有红红外、红、黄黄、绿及蓝蓝光发光二二极管，但但其中蓝光光二极管成成本、价格格很高，使使用不普遍遍。（二）LLED的特特性1极极限参数的的意义（11）允许功功耗Pm:允许加于于LED两两端正向直直流电压与与流过它的的电流之积积的最大值值。

4、超过此此值，LEED发热、损损坏。（22）最大正正向直流电电流IFmm：允许加加的最大的的正向直流流电流。超超过此值可可损坏二极极管。（33）最大反反向电压VVRm：所所允许加的的最大反向向电压。超超过此值，发发光二极管管可能被击击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。此主题相关关图片如下下：由图可见，该该发光管所所发之光中中某一波长长0的光强强最大，该该波长为峰峰值波长。（2）发光强度IV：发光二极管的

5、发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角1/2和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 此主题相关关图片如下下：图3给出的的二只不同同型号发光光二极管发发光强度角角分布的情情况。中垂垂线（法线线）AO的的坐标为相相对发光强强度（即发发光强度与与最大发光光强

6、度的之之比）。显显然，法线线方向上的的相对发光光强度为11，离开法法线方向的的角度越大大，相对发发光强度越越小。由此此图可以得得到半值角角或视角值值。（5）正正向工作电电流If：它是指发发光二极管管正常发光光时的正向向电流值。在在实际使用用中应根据据需要选择择IF在00.6IFm以以下。（66）正向工工作电压VVF：参数数表中给出出的工作电电压是在给给定的正向向电流下得得到的。一一般是在IIF=200mA时测测得的。发发光二极管管正向工作作电压VFF在1.443V。在在外界温度度升高时，VVF将下降降。（7）VV-I特性性：发光二二极管的电电压与电流流的关系可可用图4表表示。 此主题相关关图片

7、如下下：在正向电压压正小于某某一值（叫叫阈值）时时，电流极极小，不发发光。当电电压超过某某一值后，正正向电流随随电压迅速速增加，发发光。由VV-I曲线线可以得出出发光管的的正向电压压，反向电电流及反向向电压等参参数。正向向的发光管管反向漏电电流IR10A以下。（三三）LEDD的分类11 按发发光管发光光颜色分按按发光管发发光颜色分分，可分成成红色、橙橙色、绿色色（又细分分黄绿、标标准绿和纯纯绿）、蓝蓝光等。另另外，有的的发光二极极管中包含含二种或三三种颜色的的芯片。根根据发光二二极管出光光处掺或不不掺散射剂剂、有色还还是无色，上上述各种颜颜色的发光光二极管还还可分成有有色透明、无无色透明、有有

8、色散射和和无色散射射四种类型型。散射型型发光二极极管和达于于做指示灯灯用。2 按发光光管出光面面特征分按按发光管出出光面特征征分圆灯、方方灯、矩形形、面发光光管、侧向向管、表面面安装用微微型管等。圆圆形灯按直直径分为2mm、4.4mmm、5mm、8mm、10mmm及20mmm等。国外外通常把3mm的的发光二极极管记作TT-1；把把5mm的的记作T-1（3/4）；把把4.4mmm的记作作T-1（11/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局

9、部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。3按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。（四）LED的

10、应用由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流IF应在0.6IFm以下；应让可能出现的反向电压VR0。6VRm。LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。（1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图5所示。图中电阻R限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使LED的电流小于最大允许电流IFm。此主题相关关图片如下下：（2）图66

11、(a)、(b)、(c)分别别为直流电电源、整流流电源及交交流电源指指示电路。图(a)中的电阻（E-VF）/IF；图(b)中的R（1.4Vi-VF）/IF;图(c)中的RVi/IF式中，Vi交流电压有效值。 此主题相关关图片如下下：（3）单LLED电平平指示电路路。在放大大器、振荡荡器或脉冲冲数字电路路的输出端端，可用LLED表示示输出信号号是否正常常，如图77所示。RR为限流电电阻。只有有当输出电电压大于LLED的阈阈值电压时时，LEDD才可能发发光。 此主题相关关图片如下下：（4）单LLED可充充作低压稳稳压管用。由由于LEDD正向导通通后，电流流随电压变变化非常快快，具有普普通稳压管管稳压

12、特性性。发光二二极管的稳稳定电压在在1.43V间，应应根据需要要进行选择择VF，如如图8所示示。（5）电电平表。目目前，在音音响设备中中大量使用用LED电电平表。它它是利用多多只发光管管指示输出出信号电平平的，即发发光的LEED数目不不同，则表表示输出电电平的变化化。图9是是由5只发发光二极管管构成的电电平表。当当输入信号号电平很低低时，全不不发光。输输入信号电电平增大时时，首先LLED1亮亮，再增大大LED22亮。 此主题相关关图片如下下：五）发光二二极管的检检测1普普通发光二二极管的检检测（1）用用万用表检检测。利用用具有10k挡的指针针式万用表表可以大致致判断发光光二极管的的好坏。正正常

13、时，二二极管正向向电阻阻值值为几十至至200kk,反向电电阻的值为为。如果正正向电阻值值为0或为为，反向电电阻值很小小或为0，则则易损坏。这这种检测方方法，不能能实地看到到发光管的的发光情况况，因为10k挡不能向向LED提提供较大正正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置10挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该

14、发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二极管。（2）外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.43V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF3V，且不发光，说明发光管已坏。 此主题相关关图片如下下：2红外发发光二极管管的检测由由于红外发发光二极管管，它发射射13m的红外外光，人眼眼看不到。通通常单只红红外发光二二极管发射射功率只有有数mW，不不同型号的的红外LEED发光强强度角分布布也不相同同。红外L

15、LED的正正向压降一一般为1.32.5V。正正是由于其其发射的红红外光人眼眼看不见，所所以利用上上述可见光光LED的的检测法只只能判定其其PN结正正、反向电电学特性是是否正常，而而无法判定定其发光情情况正常否否。为此，最最好准备一一只光敏器器件（如22CR、22DR型硅硅光电池）作作接收器。用用万用表测测光电池两两端电压的的变化情况况。来判断断红外LEED加上适适当正向电电流后是否否发射红外外光。其测测量电路如如图11所所示。 此主题相关关图片如下下：二、LEDD显示器结结构及分类类通过发光二二极管芯片片的适当连连接（包括括串联和并并联）和适适当的光学学结构。可可构成发光光显示器的的发光段或或

16、发光点。由由这些发光光段或发光光点可以组组成数码管管、符号管管、米字管管、矩阵管管、电平显显示器管等等等。通常常把数码管管、符号管管、米字管管共称笔画画显示器，而而把笔画显显示器和矩矩阵管统称称为字符显显示器。（一）LEED显示器器结构基本的半导导体数码管管是由七个个条状发光光二极管芯芯片按图112排列而而成的。可可实现09的显示示。其具体体结构有“反射罩式式”、“条形七段段式”及“单片集成成式多位数数字式”等。 此主题相关关图片如下下：1）反射罩罩式数码管管一般用白白色塑料做做成带反射射腔的七段段式外壳，将将单个LEED贴在与与反射罩的的七个反射射腔互相对对位的印刷刷电路板上上，每个反反射腔

17、底部部的中心位位置就是LLED芯片片。在装反反射罩前，用用压焊方法法在芯片和和印刷电路路上相应金金属条之间间连好30m的硅铝铝丝或金属属引线，在在反射罩内内滴入环氧氧树脂，再再把带有芯芯片的印刷刷电路板与与反射罩对对位粘合，然然后固化。反射罩式数数码管的封封装方式有有空封和实实封两种。实实封方式采采用散射剂剂和染料的的环氧树脂脂，较多地地用于一位位或双位器器件。空封封方式是在在上方盖上上滤波片和和匀光膜，为为提高器件件的可*性性，必须在在芯片和底底板上涂以以透明绝缘缘胶，这还还可以提高高光效率。这这种方式一一般用于四四位以上的的数字显示示（或符号号显示）。（2）条形形七段式数数码管属于于混合封

18、装装形式。它它是把做好好管芯的磷磷化镓或磷磷化镓圆片片，划成内内含一只或或数只LEED发光条条，然后把把同样的七七条粘在日日字形“可伐”框上，用用压焊工艺艺连好内引引线，再用用环氧树脂脂包封起来来。（3）单片片集成式多多位数字显显示器是在在发光材料料基片上（大大圆片），利利用集成电电路工艺制制作出大量量七段数字字显示图形形，通过划划片把合格格芯片选出出，对位贴贴在印刷电电路板上，用用压焊工艺艺引出引线线，再在上上面盖上“鱼眼透镜镜”外壳。它它们适用于于小型数字字仪表中。（4）符号号管、米字字管的制作作方式与数数码管类似似。（5）矩阵阵管（发光光二极管点点阵）也可可采用类似似于单片集集成式多位位

19、数字显示示器工艺方方法制作。（二）LEED显示器器分类（1）按字字高分：笔笔画显示器器字高最小小有1mmm（单片集集成式多位位数码管字字高一般在在23mmm）。其其他类型笔笔画显示器器最高可达达12.77mm（00.5英寸寸）甚至达达数百mmm。（2）按颜颜色分有红红、橙、黄黄、绿等数数种。（3）按结结构分，有有反射罩式式、单条七七段式及单单片集成式式。（4）从各各发光段电电极连接方方式分有共共阳极和共共阴极两种种。所谓共阳方方式是指笔笔画显示器器各段发光光管的阳极极（即P区区）是公共共的，而阴阴极互相隔隔离。所谓共阴方方式是笔画画显示器各各段发光管管的阴极（即即N区）是是公共的，而而阳极是互

20、互相隔离的的。如图113所示。 （三）LEED显示器器的参数由于LEDD显示器是是以LEDD为基础的的，所以它它的光、电电特性及极极限参数意意义大部分分与发光二二极管的相相同。但由由于LEDD显示器内内含多个发发光二极管管，所以需需有如下特特殊参数：1发光强强度比由于数码管管各段在同同样的驱动动电压时，各各段正向电电流不相同同，所以各各段发光强强度不同。所所有段的发发光强度值值中最大值值与最小值值之比为发发光强度比比。比值可可以在1.52.3间，最最大不能超超过2.55。2脉冲正正向电流若笔画显示示器每段典典型正向直直流工作电电流为IFF，则在脉脉冲下，正正向电流可可以远大于于IF。脉脉冲占空

21、比比越小，脉脉冲正向电电流可以越越大。（四）LEED显示器器的应用指指南1七段数数码显示器器（1）如果果数码宇航航局为共阳阳极形式，那那么它的驱驱动级应为为集电极开开路（OCC）结构，如如图14（aa）所示。如果数码管管为共阴极极形式，它它的驱动级级应为射极极输出或源源极输出电电路，如图图14(bb)所示。 此主题相关关图片如下下：例如国产TTTL集成成电路CTT10499、CT44049为为集电极开开路形式七七段字形译译码驱动电电路；而CCMOS集集成电路CCC45111为源极极输出七段段锁存、译译码驱动电电路。（2）控制制数码管驱驱动级的控控制电路（也也称驱动电电路）有静静态式和动动态式两

22、类类。 静态驱驱动：静态态驱动也称称直流驱动动。静态驱驱动是指每每个数码管管各用一个个笔画译码码器（如BBCD码二二-十进制制译码器）译译码驱动。图图15是一一位数码管管的静态驱驱动之例。图图集成电路路TC50002BPP内含有射射极输出驱驱动级，所所以采用共共阴极数码码管。A、BB、C、DD端为BCCD码（二二-十进制制的84221码）输输入端，BBL为数码码管熄灭及及显示状态态控制端，RR为外接电电阻。 此主题相关关图片如下下：图16为NN位数字静静态驱动显显示电路。 此主题相关关图片如下下： 动态驱驱动：动态态驱动是将将所有数码码管使用一一个专门的的译码驱动动器，使各各位数码管管逐个轮流

23、流受控显示示，这就是是动态驱动动。由于扫扫描速度极极快。显示示效果与静静态驱动相相同。图117是一种种四位数字字动态驱动动（脉搏冲冲驱动）方方法的线路路。图中只只用了一个个译码驱动动电路TCC50022BP。此主题相关关图片如下下：TC45008BP内内含两个锁锁存器，每每个锁存器器可锁存四四位二进BBCD码，对对应于四位位十进制数数的四组BBCD码分分别输入到到四个锁存存器，四个个锁存器，四四组BCDD码由四个个锁存器分分时轮流输输出进入译译码器，译译码后进入入数码管驱驱动级集成成电路TDD625005P（输输入端I11I7与与输出端QQ1Q77一一对应应）。Q11Q7分分别加到四四个数码管

24、管的agg七个阳极极上。数字字驱动电路路TD622003PP是由达林林顿构成的的阵列电路路，Q1Q4中哪哪一端接地地，由输入入端I1I4的四四师长“使能”信号DSS1DSS4控制。由由于四个锁锁存器的轮轮换输出也也是受“使能”信号DSS1DSS4控制。所所以四个数数码管轮流流通电显示示。由于轮轮流显示频频率较高，故故显示的数数字不呈闪闪烁现象。2米字管管、符号管管显示器米字管和符符号管的结结构原理相相机，所以以其驱动方方式也基本本相同，只只是译码电电路的译码码过程与七七段译码器器不同。米字管可以以显示包括括英文字母母在内的多多种符号。符符号管主要要是用来显显示+、-或号等。3LEDD点阵式显显

25、示器LED点阵阵式显示器器与由单个个发光二极极管连成的的显示器相相比，具有有焊点少、连连线少，所所有亮点在在同平面、亮亮度均匀、外外形美观等等优点。点阵管根据据其内部LLED尺寸寸的大小、数数量的多少少及发光强强度、颜色色等可分为为多种规格格。图188所示是具具有代表性性的P20057A和和P21557A两种种5高亮度度橙红色557点阵组组件。采用用双列直插插14脚封封装，两种种显示器的的差别是LLED极性性不同，如如图18所所示。 此主题相关关图片如下下：该显示器用用扫描驱动动方式，选选择较大峰峰值电流和和窄脉冲作作驱动源，每每个LEDD的平均电电流不应超超过20mmA。LED点阵阵管可以代代替数码管管、符号管管和米字管管。不仅可可以显示数数字，也可可显示所有有西文字母母和符号。如如果将多块块组合，可可以构成大大屏幕显示示屏，用于于汉字、图图形、图表表等等的显显示。被广广泛用于机机场、车站站、码头、银银行及许多多公共场所所的指示、说说明、广告告等场合。图19是一一个LEDD点阵显示示器驱动电电路之例。此主题相关关图片如下下：