LED发光二极管工作原理、特性及应用演示教学
LED发光二极管原理(图文)讲解学习
LED发光二极管原理（图文）半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P 区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
发光二极管工作原理及应用ppt课件
节能环保优势
发光二极管具有高亮度、低能耗、 长寿命等优点，在照明领域的应用 有助于节能环保。
创新应用
随着技术的发展，发光二极管在照 明领域的应用不断创新，如智能照 明、可调光照明等。
显示技术领域应用现状及趋势分析
显示技术应用概述
发光二极管在显示技术领域的应 用涉及手机、电视、电脑等电子
产品。
高清显示优势
02
基本结构包括阳极、阴极和PN结 ，通常采用砷化镓、磷化镓等半 导体材料制成。
发展历程及现状
20世纪60年代初期，发光二极管被发 明，最初只能发出低亮度的红光。
目前，发光二极管已经广泛应用于照 明、显示、指示等领域，成为现代电 子科技领域不可或缺的一部分。
随着技术的不断进步，发光二极管的 亮度、效率和寿命都得到了显著提高 ，同时出现了多种颜色的LED。
色还原度越好。种颜色的光 ，包括红、绿、蓝三原色 及混合色，可实现全彩显 示。
色彩均匀度
优质LED发光均匀，无明 显的色斑和阴影。
视觉舒适度
LED光线柔和，无频闪和 紫外线辐射，长时间观看 不易疲劳。
节能环保优势分析
高效节能
LED发光效率高，相同亮度下比 传统照明节能80%以上。
照明领域应用
将发光二极管应用于室内照明、景观 照明等领域，推动照明产业的升级和 变革。
显示领域应用
将发光二极管应用于显示器背光、广 告屏等领域，提高显示质量和视觉效 果。
汽车领域应用
将发光二极管应用于汽车照明、仪表 盘等领域，提高汽车的安全性和舒适 性。
生物医疗领域应用
将发光二极管应用于生物成像、医疗 诊断等领域，推动生物医疗技术的发 展和创新。
应用领域与前景
照明领域
发光二极管(LED)工作原理
发光二极管(LED)工作原理发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体元件，它能将电能转化为光能。
它具有独特的工作原理和特性，广泛应用于电子、照明和显示领域。
本文将详细介绍LED的工作原理。
LED的基本结构LED的基本结构由两个半导体材料构成，它们是P型半导体和N型半导体，中间夹有一个灯芯片结构。
P型半导体富含空穴（正电荷），N型半导体富含自由电子（负电荷）。
当正负电源连接到P型半导体和N型半导体时，靠近P区的电子和空穴进行重新组合，而在P和N的结附近形成一个带隙（energy gap）。
在低温下，带隙中的电子无法越过，因而带隙内的能级只能存有非常少的电子。
The basic structure of an LED.LED的生成和发光当电流通过LED时，正电子从P型半导体和自由电子从N型半导体获得能量，这些电子在带隙中跃迁到特定的能级。
在这个跃迁过程中，电子处于激发态，它们的能量高于基态。
当电子从激发态退回到基态时，会释放出能量，并且这些能量以光的形式发射出来。
LED的能带和带隙能带是半导体中一些能量状态的集合，包括价带（valence band）和导带（conduction band）。
价带是接近原子核的电子能级，其能量较低。
导带是电子活跃的能级，其能量较高。
两个能带之间的能量差就是带隙。
在导电带上的电子能够在晶格内自由运动，而在价带上的电子不能够离开原子核。
在纯半导体中，带隙比较大，没有足够的能量让电子从价带跃迁到导带。
但是，当纳米杂质或者掺杂原子添加到半导体中时，它们能够提供能量，使得电子能够跃迁到导带，进而形成LED的发光。
LED的材料在早期的LED设计中，常使用的材料是砷化镓（GaAs）或砷化铝（AlAs）。
这些材料有比较窄的带隙，因此只能发射一种特定波长的光，如红色或者红外线。
但是随着技术的发展，人们又开发出了新的材料，如磷化铝镓（AlGaP），碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），它们能够发射更广泛的光谱范围，包括蓝色、绿色和白色。
发光二极管工作原理+各种颜色波长以及变色LED灯PPT课件
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。 当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注 入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴
复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的
能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出
的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光 的二极管。
2020/10/13
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不同颜色的光的应用以及波长
• 一些发光二极管产品，尤其是手电筒上的 发光二极管有不同的光束颜色。这可不是 使用了什么暗藏机关来使它们看上去漂亮， 不同的光颜色有着不同的应用。下面就简 单介绍一下最常见颜色和它的实际用途。
• 3、紫外光（UV）灭菌灯 λρ=254nm 或 253.7nm • 点光源 λρ=365nm
臭氧形成 λρ=185nm以下
2020/10/13
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谢谢您的指导
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
• 4、绿色光也可以用作为夜视，绿色光还特别适用于在夜晚的时候阅读地图或 图表。它还不那么容易被夜视装备发现，便很容易被人眼发现，绿色光的亮 度比红色光低。
• 5、蓝色光可被用作在夜晚阅读地图和通常很受军事人员青睐，因为蓝色光增 加了对比度的水平。它还可以用作戏院和演出时的后台工作灯色。
• 6、蓝绿光有着相似绿光和蓝光的夜视优点，但随着蓝绿光的颜色特性的提高， 一些用户因为这个原因喜欢用蓝绿光。
2020/10/13
发光二极管工作原理图解
发光二极管工作原理图解发光二极管,通常称为LED, 它是半导体设备中的一种最常见的器件,大多数半导体最是由搀杂半导体材料制成(原子和其它物质)发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子都完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流。
在搀杂物质中，额外的原子改变电平衡，不是增加自由电子就是创造电子可以通过的空穴。
这两样额外的条件都使得材料更具传导性。
带额外电子的半导体叫做N 型半导体，由于它带有额外负电粒子，所以在N型半导体材料中，自由电子是从负电区域向正电区域流动。
带额外“电子空穴”的半导体叫做P型半导体，由于带有正电粒子。
电子可以从另一个电子空穴跳向另一个电子空穴，从从负电区域向正电区域流动。
因此，电子空穴本身就显示出是从正电区域流向负电区域。
二极管是由N型半导体物质与P型半导体物质结合，每端都带电子。
这样排列使电流只能从一个方向流动。
当没有电压通过二极管时，电子就沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，从而形成一个损耗区。
在损耗区中，半导体物质会回复到它原来的绝缘状态--所有的这些“电子空穴”都会被填满，所有就没有自由电子或电子真空区和电流不能流动。
发光二极管工作原理图解为了除掉损耗区就必须使N型向P型移动和空穴应反向移动。
为了达到目的，连接二极管N型一方到电流的负极和P型就连接到电流的正极。
这时在N型物质的自由电子会被负极电子排斥和吸引到正极电子。
在P型物质中的电子空穴就移向另一方向。
当电压在电子之间足够高的时候，在损耗区的电子将会在它的电子空穴中和再次开始自由移动。
损耗区消失，电流流通过二极管。
如果尝试使电流向其它方向流动，P型端就边接到电流负极和N 型连接到正极，这时电流将不会流动。
N型物质的负极电子被吸引到正极电子。
P型物质的正极电子空穴被吸引到负极电子。
因为电子空穴和电子都向错误的方向移动所以就没有电流流通过汇合处，损耗区增加。
二极管会发光的原因：光是能量的一种形式，一种可以被原子释放出来。
LED发光机理P-N图解,LED发光二极管的发光机理详细图解
led发光二极管的发光机理1.p-n结电子注入发光图1、图2表示p-n结未知电压是构成一定的势垒；当加正向偏置时势垒下降，p区和n区的多数载流子向对方扩散。
由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多，出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。
这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。
这就是P-N结发光的原理。
P-N结发光的原理图1P-N结发光的原理图2发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙Eg。
如Eg的单位为电子伏（eV）,Eg=hv/q=hc/(λq)λ=hc/(qEg)=1240/Eg (nm)半导体可分为置接带隙和间接带隙两种，发光二极管大都采用直接带隙材料，这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光，有很高的效率。
反之，采用间接带隙材料，其效率就低一些。
下表列举了常用半导体材料及其发射的光波波长等参数。
3.异质结注入发光为了提高载流子注入效率，可以采用异质结。
图4表示未加偏置时的异质结能级图，对电子和空穴具有不同高度的势垒。
图5表示加正向偏置后，这两个势垒均减小。
但空垒的势垒小得多，而且空穴不断从P区向n区扩散，得到高的注入效率。
N区的电子注入P区的速率却较小。
这样n区的电子就越迁到价带与注入的空穴复合，而发射出由n型半导体能隙所决定的辐射。
由于p取得能隙大，光辐射无法把点自己发到导带，因此不发生光的吸收，从而可直接透射处发光二极管外，减少了光能的损失。
图4图5发光二极管与半导体二极管同样加正向电压，但效果不同。
发光二极管把注入的载流子转变成光子，辐射出光。
一般半导体二极管注入的载流子构成正向电流。
应严格加以区别。
led发光二极管工作原理
led发光二极管工作原理LED即发光二极管（Light-Emitting Diode）是一种能够将电能转换成光能的电子器件。
它是一种半导体器件，其工作原理基于PN结的电学特性和电子的能级跃迁。
一、PN结的电学特性PN结是由一种P型半导体和一种N型半导体组成的结构。
P型半导体是通过在纯的硅晶体中掺入少量三价元素（比如硼）形成的，它的电子将少一个价电子，因此含有很多空穴；N型半导体是通过在纯的硅晶体中掺入少量五价元素（比如磷）形成的，它的电子将多一个自由电子，因此含有很多自由电子。
由于P型和N型半导体的导电特性不同，当将它们连结在一起形成PN结时，P型半导体的空穴会向N型半导体扩散，而N型半导体的自由电子会向P型半导体扩散，这样在PN结的边界处就形成了电场。
由于电场的作用，使得PN结的两边区域出现静电势差，这个势差称为内建电势。
二、电子的能级跃迁在PN结中，当没有外加电压时，由于P型半导体和N型半导体之间的内建电势，使得P型半导体中的空穴向N型半导体移动，而N型半导体中的自由电子向P型半导体移动。
这种自发的扩散电流称为漂移电流，导致PN结形成一个开路状态，不产生电流。
当外加正向电压时，即将P端连接到正极，N端连接到负极，这时外加电压与内建电势叠加，减小了内部的电场强度，使得空穴和自由电子更容易向PN结的中心区域移动。
在中心区域，由于空穴和自由电子的重新结合，产生了复合电流，导致电流流向正向。
此时，PN结出现导通状态，工作在正向偏置状态。
当外加反向电压时，即将N端连接到正极，P端连接到负极，外加电压与内建电势叠加，增加了内部的电场强度，使得空穴和自由电子更难向PN结的中心区域移动，电流几乎不存在，因此PN结处于截止状态，不导电。
三、LED的发光机制在LED中，当电子从N型半导体的导带跃迁到P型半导体的空穴价带时，会释放出能量，这部分能量被转化为光能，产生了发光现象。
具体而言，当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放光子。
发光二极管之一——工作原理图解分析
发光二极管之一——工作原理图解分析
发光二极管,通常称为LED,是在电子学世界里面的真正无名英雄。
它们做了许多不同工作和在各种各样的设备都可以看见它的存在。
基本上,发光二极管只是一个微小的电灯泡。
但不像常见的白炽灯泡，发光二极管没有灯丝，而且又不会特别热。
它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。
什幺是二极管
二极管是半导体设备中的一种最常见的器件,大多数半导体最是由搀杂半导体材料制成(原子和其它物质)发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子都完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流。
在搀杂物质中，额外的原子改变电平衡，不是增加自由电子就是创造电子可以通过的空穴。
这两样额外的条件都使得材料更具传导性。
带额外电子的半导体叫做N型半导体，由于它带有额外负电粒子，所以在N型半导体材料中，自由电子是从负电区域向正电区域流动。
带额外电子空穴的半导体叫做P型半导体，由于带有正电粒子。
电子可以从另一个电子空穴跳向另一个电子空穴，从从负电区域向正电区域流动。
因此，电子空穴本身就显示出是从正电区域流向负电区域。
二极管是由N 型半导体物质与P型半导体物质结合，每端都带电子。
这样排列使电流只能。
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LED发光二极管工作原理、特性及应用
半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用
（一）LED发光原理
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性
1．极限参数的意义
（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。
（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。
由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。
2）发光强度IV：发光二极管的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Δλ: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θ1/2和视角：θ1/2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）。
图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。
中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。
显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。
由此图可以得到半值角或视角值。
（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。
在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。
（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。
一般是在IF=20mA时测得的。
发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。
在外界温度升高时，VF将下降。
（7）V- I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。
在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。
当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。
由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。
正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下。
（三）LED的分类
1．按发光管发光颜色分
按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。
另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。
散射型发光二极管和达于做指示灯用。
2．按发光管出光面特征分
按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。
圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。
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5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，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20°～45°。
（3）散射型。
这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°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<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd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VR<0。
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。
（2）图6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。
图(a)中的电阻≈（E-VF）/IF；
图(b)中的R≈（1.4Vi-VF）/IF;
图(c)中的R≈Vi/IF式中，Vi——交流电压有效值。
（3）单LED电平指示电路。
在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用LED表示输出信号是否正常，如图7所示。
R为限流电阻。
只有当输出电压大于LED的阈值电压时，LED才可能发光。
（4）单LED可充作低压稳压管用。
由于LED正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。
发光二极管的稳定电压在1.4～3V间，应根据需要进行选择VF，如图8所示。
（5）电平表。
目前，在音响设备中大量使用LED电平表。
它是利用多只发光管指示输出信号电平的，即发光的LED数目不同，则表示输出电平的变化。
图9是由5只发光二极管构成的电平表。
当输入信号电平很低时，全不发光。
输入信号电平增大时，首先LED1亮，再增大LED2亮……。