LED基本理论知识（配图完整版）.pdf

半导体发光二极管（LED）是一种利用半导体材料的电子特性进行电能转换为光能的器件。它由Ⅲ-Ⅳ族化合物如GaAs、GaP、GaAsP等构成，其核心结构是PN结。在适当的正向电压驱动下，电子从N型半导体区域注入P型区域，同时空穴从P型区域注入N型区域。在PN结附近，注入的少数载流子（电子和空穴）与多数载流子（空穴和电子）复合，并以光的形式释放能量，即发光。 LED的工作原理主要基于三种物理现象：正向导通、反向截止和击穿特性。正向导通是指当外部电压极性为正向时，PN结允许电流通过；反向截止是指当外部电压极性为反向时，电流几乎不通过；击穿特性是指当电压超过一定限度时，PN结将被破坏。在正向导通状态下，电子和空穴在迁移过程中形成的复合发光是LED发光原理的核心。 LED的发光效率与复合中心的性质密切相关。如果复合是在发光中心发生的，则有较高的光量子效率，这会增加可见光的输出。若复合发生在非发光中心，则可能不会产生可见光，仅产生热量。发光仅在PN结附近数微米的范围内发生，这一现象受到半导体材料禁带宽度的限制，由公式λ≈1240/Eg（mm）计算光的峰值波长，其中Eg是禁带宽度，单位为电子伏特（eV）。能产生可见光的LED材料禁带宽度应介于1.63eV至3.26eV之间。 LED的特性参数包括允许功耗、最大正向直流电流、最大反向电压和工作环境温度等。超过允许的功耗、电流、电压或温度，都可能造成LED损坏或性能下降。LED的电参数包括正向工作电流If、正向工作电压VF、光谱分布和峰值波长、发光强度、光谱半宽度、半值角、视角等。其中，发光强度通常用坎德拉（cd）作为单位，而光谱半宽度则反映发光的纯度。半值角指的是发光强度为最大值一半时对应的角度，而视角则是半值角的两倍。 LED的分类方式多样。按照发光颜色，LED可以分为红外、红、橙、黄绿、绿、蓝等类型，其中蓝光LED成本较高，不那么普及。按照出光面的特征，LED又可划分为有或无散射剂的透明型或散射型，以及圆灯、方灯、矩形、面发光管等形状。不同直径的圆形LED有专门的标记方式，如T-1系列。半值角大小可以决定圆形LED的发光强度角分布情况。 在应用方面，LED可用于照明、显示、光电探测、信号传输等多个领域。随着材料科学和制造技术的进步，LED的性能不断提升，其应用范围也在不断扩展。例如，数码管、符号管、米字管和点阵式显示屏等，都是由多个LED发光单元组成，这些设备广泛应用于电子显示、广告、交通信号等场景。 总结来看，LED作为一种重要的半导体光电器件，其基础理论知识涉及材料学、电子工程、光电物理等众多领域，对其性能的深入了解有助于优化设计并推动该技术在不同行业中的应用创新。