第二章 光电检测用光源2.2发光二极管(LED).pptVIP

第二章 光电检测用光源 2.2发光二极管（LED） 2.2发光二极管（LED） 发光二极管简称LED （Light Emitting Diode），是一种固态P-N结器件，属冷光源。其发光机理是电致发光。当P-N结上有正向电流时即可发光，它是直接把电能转换成光能的器件，没有热交换过程。其发光面积小，可视为点光源。 2.2发光二极管（LED） 一、 LED发光机理 二、 LED的材料选择 三、 LED的特性 四、 LED的特点 五、 LED使用须知 六、 LED的参数 七、 LED的驱动电路 一、 LED发光机理 在电场的作用下，半导体材料发光是基于电子能级跃迁的原理。 当给发光二极管的P-N结加正向电压时，外加电压削弱了内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强。且电子的迁移率远大于空穴的迁移率，因此电子由N区扩散到P区是载流子运动的主体。由半导体的能带理论可知，当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级到低能级，电子将多余的能量释放出来，产生电致发光现象。 这就是LED发光机理。 一、 LED发光机理 二、 LED的材料选择 LED的材料应具有高的激发能力和辐射复合几率，低的全反射和吸光能力。 机械、化学、加工处理等方面的良好性能。 由于人眼所能感觉的光波长在380~760nm之间，即禁带宽度大于1.628eV的半导体材料才能用来制作可见发光二极管 必须为直接跃迁型材料，最常用的发光二极管材 料是 Ⅲ－Ⅴ族化合物，如砷化镓（GaAs），镓砷 铝（Ga1-xAlxAs），磷化镓（GaP）磷砷化镓 （GaAs1-xP）以及SiC等。 三、 LED的特性 1、伏安特性 2、光谱特性 3、发光特性 4、温度特性 5、响应时间 6、辐射效率 7、寿命 1、伏安特性 发光二极管的两个重要参数是他的正向电流和正向电压。 就整个伏安特性而言，发光二极管与普通二极管大致相同，只是在正向特性正向上升速度上略有差异。当所加正向电压未达到开启点压（阈值电压）时，几乎无电流通过，但电压一超过开启点压（阈值电压）时，电流急剧上升，电流电压几乎呈线性关系，发光二极管的开启电压（阈值电压）称为正向电压。其决定于制作器件的材料禁带宽度，反向击穿电压一般大于5伏，但为使器件长时间稳定可靠的工作，安全使用电压选择在5伏以下。 I-V特性 2、光谱特性 发光二极管发射光谱的峰值波长是由发光材料的Eg或电离能Ei能来确定的 峰值波长 直接决定着发光二极管的发光颜色 半宽度，光谱特性曲线上相对发光强度为50%处的两点所对应的谱线宽度称为半宽度 2、光谱特性 2、光谱特性 3、发光特性 发光特性是指发光二极管的发光强度或辐射密度随正向电流密度的变化规律。 3、发光特性 4、温度特性 发光二极管的光谱特性、发光特性、正向电压以及工作电流均与温度有关 由于温度T时的禁带宽度Eg与绝对温度时的禁带宽度Eg0有如下关系： 式中k是随材料不同而不同的常数，但大致为 5、响应时间 发光二极管的响应时间指其发光和熄灭时对输入脉冲电流的延迟时间。它反映了发光对引起发光电流信号响应快慢的能力。 实验表明，发光二极管的上升时间随电流的增加而近似指数变化，它的响应时间一般很短，GaP发光二极管约为100ns。 6、辐射效率 发光二极管的辐射效率定义为辐射功率 与输入电功率P之比, 即 而 ，式中Ue为降在PN结上的电压；I为流入器件的总电流。由于热功率 式中R为材料和接触区的总电阻。 所以有 7、寿命 发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮度一般时所经历的时间。发光二极管的寿命在电流密度小于1A/cm2时，一般可达106h。 老化：随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。老化的快慢与工作电流密度有关，工作电流密度的加大，老化变快，寿命变短。 四、LED的特点 1、工作电压低（1.5~2V）,耗电少（10mA下即可在室内得到适当的亮度）； 2、可通过调节电流/电压来对发光亮度进行调节，并且响应速度快，并可直流驱动； 3、比普通光源的单色性好； 4、发光亮度和发光效率均较高； 5、容易与集成电路配合使用； 6、体积小，重量轻，抗冲击，耐振动，寿命长。 五、LED使用须知 熟悉各种LED的特性。根据有关LED的特性选择符合设计要求的LED； LED是一中电流控制器件，对电源电压无特殊要求，但必修使流经LED的正向电流小于最大正向工作电流， 即一定要有限流措施； LED的驱动电流可以是交变的也可以是恒定的。脉冲电流驱动可提高LED的发光效率，但必须考虑LED的响应时间； 安装时，焊接时间不