(整理)发光二极管相关知道.

发光二极管( Light Emitting Diode, LED)，是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光LED的出現，也被用作照明。它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法與之比較的优点。

加正向电压时，發光二極體能發出單、不连续的光，這是電致發光效应的一種。改变所采用的半導體材料的化学组成成分，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或红外線的光。

1955年，美国无线电公司（Radio Corporation of America）的鲁宾·布朗石泰（Rubin Braunstein）（1922年生）首次发现了砷化鎵(GaAs)及其他半導體合金的红外放射作用。1962年，通用電氣公司的尼克·何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）（1928年生）開發出第一种实际应用的可见光发光二极管

發光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，发光二极管由半导体晶片组成，这些半导体材料会预先通过注入或掺杂等工艺以产生pn结结构。与其它二极管一样，发光二极管中電流可以輕易地從p极（阳極）流向n极（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的电极电压作用下从电极流向pn结。當空穴和電子相遇而产生复合，電子會跌落到較低的能階，同时以光子的方式釋放出能量。

擦玻璃机器人原理它所發出的光的波長，及其顏，是由组成pn结的半導體物料的禁带能量所決定。由于硅和鍺是间接禁带材料，在这些材料中电子与空穴的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，所以硅和锗二極體不能發光。發光二極體所用的材料都是直接禁带型的，这些禁带能量对应着近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

声音定位系统在發展初期，採用砷化鎵(GaAs)的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，人们已经制造出可發出更短波長的、各種顏的發光二極管。

以下是傳統發光二極管所使用的无机半導體物料和所它們發光的顏：

∙ 铝砷化稼(AlGaAs) - 紅及紅外線

∙ 铝磷化稼(AlGaP) - 綠

∙ aluminium gallium indium phosphide(AlGaInP) - 高亮度的橘紅，橙，黃，綠

∙ 漆雾净化器磷砷化稼(GaAsP) - 紅，橘紅，黃

∙ 磷化稼(GaP) - 紅，黃，綠

∙ 氮化鎵(GaN) - 綠，翠綠，藍

∙ 铟氮化稼(InGaN) - 近紫外線，藍綠，藍

∙ 碳化硅(SiC) (用作衬底) - 藍

∙ 硅(Si) (用作衬底) - 藍 (開發中)

∙ 蓝宝石(Al2O3) (用作衬底) - 藍

∙ zinc selenide(ZnSe) - 藍

∙ 鑽石(C) - 紫外線

∙ 氮化鋁(AlN),aluminium gallium nitride(AlGaN) - 波長為遠至近的紫外線

藍光與白光LED

1993年，当时在日本Nichia Corporation(日亞化工)工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化稼（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商業应用價值的藍光LED，这类LED在1990年代後期得到广泛应用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可产生白光，但現在的白光LED卻很少是這樣造出來的。

現時生產的白光LED大部分是通过在藍光LED(波長 450 nm 至 470 nm)上覆蓋一层淡黃磷光體塗層制成的，這種黃磷光體通常是通过把摻了鈰的Yttrium Aluminum Garnet(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末後混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當LED晶片發出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬（光谱中心约为580nm）的主要為黃的光。(實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多於磷光體。)由於黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED钙锌稳定剂本身的藍光，使它看起來就像白光，而其的澤常被稱作“月光的白”。這種製作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發並从1996年开始用在生產白光LED上。若要調校淡黃光的顏，可用其他稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG 中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。

而基於其光譜的特性，紅和綠的物件在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那麼鮮明。

另外由於生產件的變異，這種LED的成品的溫並不統一，從暖黃的到冷的藍都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。

另一個製作的白光LED的方法則有點像日光燈，發出近紫外光的LED會被塗上兩種磷光體的混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種是發綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂的質量變壞，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產生較多熱(因為Stokes Shift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。

最新一種製造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)调漆设备基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白光。

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其他顏

近期開發出來的LED顏包括粉紅和紫，都是在藍光LED上覆蓋上一至兩層的磷光體造成。粉紅LED用的第一層磷光體能發黃光，而第二層則發出橙或紅光。而紫LED用的磷光體發橙光。另外一些粉紅LED的製造方法則存在一定的問題，例如有些粉紅LED是在藍光LED塗上螢光漆或指甲油，但它們有機會剝落；而有些則用上白光LED加上粉紅磷光體或染料，可是在短時間內顏會褪去。

價錢方面，紫外線、藍、純綠、白、粉紅和紫LED是較紅、橙、綠、黃、紅外線LED貴的，所以前者在商業用途上比較遜。

發光二極體是封裝在塑料透鏡內的，比使用玻璃的燈泡或日光燈更堅固。而有時這些外層封裝會被上，但這只是為了裝飾或增加對比度，實質上並不能改變發光二極體發光的顏。

1．发光二极管的作用发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光。图4-21是共电路图形符号。

发光二极管也与普通二极管一样由PN结构成，也具有单向导电性。它广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、作电源指示或电平指示。

2．发光二极管的分类发光二极管有多种分类方法。

按其使用材料可分为磷化镓(GaP)发光二极管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷化镓(GaAs)发光二极管、磷铟砷化镓(GaAsInP)发光二极管和砷铝化镓(GaAlAs)发光二极管等多种。

按其封装结构及封装形式除可分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装和无引线表面封装外，还可分为加散射封装（D）、无散射封装（W）、有透明封装（C）和无透明封装（T）。

按其封装外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种，图4-22为几种发光二极管的外形。

塑封发光二极管按管体颜又分为红、琥珀、黄、橙、浅蓝、绿、黑、白、透明无等多种。而圆形发光二极管的外径从¢2~¢20mm，分为多种规格。

按发光二极管的发光颜又可人发为有光和红外光。有光又分为红光、黄光、橙光、绿光等。

另外，发光二极管还可分为普通单发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。

3．普通单发光二极管普通单发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。

普通单发光二极管的发光颜与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红发光二极管的波长一般为650~700nm，琥珀发光二极管的波长一般为630~650 nm，橙发光二极管的波长一般为610~630 nm左右，黄发光二极管的波长一般为585 nm左右，绿发光二极管的波长一般为555~570 nm。

常用的进口普通单发光二极管有SLR系列和SLC系列等。

4．高亮度单发光二极管和超高亮度单发光二极管高亮度单发光二极管和超高亮度单发光二极管使用的半导体材料与普通单发光二极管不同，所以发光的强度也不同。

通常，高亮度单发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs）等材料，超高亮度单发光二极管使用磷铟砷化镓（GaAsInP）等材料，而普通单发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等材料。

5．变发光二极管变发光二极管是能变换发光颜的发光二极管。变发光二极管发光颜种类可分为双发光二极管、三发光二极管和多（有红、蓝、绿、白四种颜）发光二极管。

变发光二极管按引脚数量可分为二端变发光二极管、三端变发光二极管、四端变发光二极管和六端变发光二极管。

常用的双发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号，

6．闪烁发光二极管闪烁发光二极管（BTS）是一种由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。

闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压（5V）即可闪烁发光。

7．电压控制型发光二极管普通发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接适当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管（BTV）是将发光二极管和限流电阻集成制作为一

体，使用时可直接并接在电源两端。

电压控制型发光二极管的发光颜有红、黄、绿等，工作电压有5V、9V、12V、18V、19V、24V共6种规格。

8．红外发光二极管红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路中。其外形图见图4-29。

红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝、黑的树脂封装。

引线为正极，另—种的短引线为正极。电源电压一般为3~5V(也有的为3~4．5V)。

闪烁发光二极管是一种光—电结合的产品，闪烁发光二极管由一块IC电路和一只发光二极管相联，然后用环氧树脂全包封而成。其中振荡器产生一个频率为f0的信号，经过几级分频器分频后，获得一个频率为1．3—5．2Hz范围中的某一固定频率fBL，再由输出驱动级

进行电流放大，输出一个足够大的驱动电流，使得闪烁发光二极管处于工作状态。使用时，无需外接任何元件，只要在两只引出脚上加一定电压，即可自行产生闪烁光，其闪烁频率为1．3—5．2Hz。使用时要分清闪烁发光二极管的正、负极性，一般引线长的为正极引线。

闪烁发光二极管系列采用令Φ5mm环氧全包封形式，具有较强的视感觉，颜有红、橙、黄、绿4种，其主要参数见表。烧结烟气脱硫

表中4种闪烁发光管的极限参数值是相同的：功耗尸PM为200mW，正向电压UFM为7V，正向电流IFM为45mA。反向电压UR为0．4V，工作温度Ta为-40℃~+85℃，储存温度T为-55℃~100℃。

国产闪烁发光二极管主要技术参数名称

工作电压正向电流反向漏电闪烁频率

占空比发光强度发光峰值波长颜符号

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