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发光二极管常识-宏富诚光电告诉您

来源: | 发布日期:2021-12-07

发光二极管Light-emitting diode,缩写为LED),能发光的半导体电子元件,透过三价与五价元素所组成的复合光源。LED作为电子元件早在1962年就出现了,早期只能够发出低光度的红光,被惠普买下专利后用作指示灯使用。而后发展出其他单色光的版本;如今,能够发出的光已经遍及可见光、红外线及紫外线,亮度也提升到相当高的程度。

3014白光

随着白光发光二极管的出现,用途已经从初期的指示灯和显示板等指示用途,逐渐发展至近年的照明用途。发光二极管只能够往一个方向导通(通电),叫作正向偏置,当电流流过时,电子与空穴在内部复合而发出单色光,这叫电致发光效应,而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体物料种类与故意掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高等传统光源不及的优点。

LED使用的优点:

能量转换效率高(电能转换成光能的效率)相比其它发光源,LED灯珠更省电。

反应时间短 - 可以达到很高的闪烁频率。

使用寿命长 - 且不因连续闪烁而影响其寿命。在安全的操作环境下可达到10万小时的寿命,即便是在50度以上的高温,使用寿命还有约4万小时。(萤光灯T8为8000小时、T5为20000小时、白炽灯为1,000 ~ 2,000小时)。

耐震荡等机械冲击 - 由于是固态元件,没有灯丝、玻璃罩等,相对萤光灯、白炽灯等能承受更大震荡。

体积小 - 其本身体积可以小于2mm。

直插焊线1

便于聚焦 - 因发光体积细小,而易于以透镜等方式达致所需集散程度,改变其封装外形,其发光角度由大角度散射至细角度聚焦都可以达成。

单色性强 - 由于是单一能级光出的光子,波长比较单一(相对大部分人工光源而言),能在不加滤光器下提供多种单纯的颜色。

LED的缺点:

由于LED的驱动电压较低,一般家用电压为100V~240V,需要将LED及变压器包装为灯泡或灯管才能应用于家中,而在降低成本的考量下,许多市售产品搭配品质较差的变压器,而加快损坏的可能。

发光二极管光度并非与电流成线性关系,光度调节略为复杂;使用PWM为最低成本的调节亮度方法,但频率必须够高才不伤眼(PWM调光是以快速闪烁的方式来调整亮度,例如每隔10次亮一次亮度为最大亮度的10%,但闪烁频率不高会伤眼,1250Hz以下健康风险高,3250Hz以上则风险与不闪烁的调光方法一样低;而旧型的萤光灯若用低频PWM调光则不会那么伤眼,因为萤光灯有余晖效应而LED没有)。

成本较高,售价较高。

因为发光二极管为光源面积小、分布较集中,作照明用途时会刺眼,须运用光学设计分散光源。

每个发光二极管因生产技术问题都会在特性(亮度、颜色、偏置…等)上有一定差异,即使是同一批次的发光二极管差异也不少。

5050球头

LED工作基本原理发光二极管是一种特殊的二极管。和普通的二极管一样,发光二极管由半导体芯片组成,这些半导体材料会预先透过注入或搀杂等工艺以产生p、n架构。与其它二极管一样,发光二极管中电流可以轻易地从p极(阳极)流向n极(阴极),而相反方向则不能。两种不同的载流子:空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向p、n架构。当空穴和电子相遇而产生复合,电子会跌落到较低的能阶,同时以光子的模式释放出能量(光子也即是我们常称呼的光)。

它所发射出的光的波长是由组成p、n架构的半导体物材料的禁带能量决定。由于硅、锗是间接带隙材料,在常温下,这些材料内电子与空穴的复合是非辐射跃迁,此类跃迁没有释出光子,而是把能量转化为热能,所以硅和锗二极管不能发光(在极低温的特定温度下则会发光,必须在特殊角度下才可发现,而该发光的亮度不明显)。发光二极管所用的材料都是直接带隙型的,因此能量会以光子形式释放,这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量。发展初期,采用砷化镓(GaAs)的发光二极管只能发射出红外线或红光。随着材料科学的进步,新研发成功的发光二极管能够发射出频率越来越高的光波。现今,已可制成各种颜色的发光二极管。

3mm发射管宽头

二极管通常建构于N型衬底,在其表面沉积一层P型半导体,用电极连结在一起。P型衬底比较不常见,但也有被使用。很多商业发光二极管,特别是GaN/InGaN,也会使用蓝宝石衬底。大多数用来制成发光二极管的物质具有非常高的折射率。这意味着大部分光波会在物质与空气的接口会被反射回物质,因此,光波萃取对于发光二极管是很重要的论题,大量研究与发展都聚焦于这论题。LED的应用场景太广泛:状态显示灯、交通指示灯LCD显示器背光光源、显示器、LED照明、光通讯、红外线遥控玩具、红外通讯技术(IrDA)数字资料传输、短距离光纤通讯,如今Micro LED, OLED等等新的应用也出现。

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