LED发光二极管工作原理及检测方法
发光二极管工作原理
发光二极管工作原理发光二极管（LightEmittingDiode，LED）是一种发光电子器件，它是一种高效，可靠，通用的发光元件，它的原理源于半导体器件的光学特性。
LED由正压，负压，发光部分组成，它将电能转换为光能。
发光二极管的工作原理发光二极管的主要工作原理是：电子从正极流到负极，在正极和负极之间穿过p型和n型半导体材料，当电子穿过PN结时，它们与原子结合，释放辐射光能分子，就会发出光。
因此，LED能转换电能为光能。
发光二极管的结构发光二极管主要有其特殊的结构特点：首先，它是由正极，负极，受传导的p型半导体和n型半导体组成，p型半导体是由电洞和n型半导体是由电子组成，它正好是p型半导体电洞和n型半导体电子组成。
此外，还有有机发光半导体，它主要由一层聚合物层和一层硅氮化物层组成，它用于转换电子能量到光能。
发光二极管的优缺点发光二极管比较具有优点：它有较高的能效，可将电能转换为光能，用更少的能耗更多的光能；它比其他发光器件具有更小的尺寸，而且可以在极端的温度和湿度环境下工作；它的寿命较长，比其他发光器件可以使用更多的时间，甚至可以达到数万次；另外，它价格实惠，在大量应用时可以节省成本。
然而，发光二极管也存在一定的缺点，例如，它的温度调节难度较大，控制不当会出现闪烁的现象；同时，它的辐射能力有限，发光能量较低，使得它无法用于强光照明等地方；另外，它的色温固定，可调节的范围有限。
发光二极管的应用LED的应用场景非常广泛，它可以用于微型设备，汽车仪表，无线设备，电脑显示器，数字显示屏等。
另外，在消费电子中，LED可用于键盘，指示灯，屏幕等；在照明领域，它可用于室内和室外，例如客厅，厨房，办公室，学校，工厂，公共设施等。
此外，LED还可以用于一些危险环境，如矿山，核电站，矿山，潜水舱，飞机舱等。
综上，发光二极管是一种具有实用且多功能的发光元件，它不仅能将电能转换为光能，而且可以用于各种应用场景，如室内照明，安全系统，通信系统等，它既具有优点也有缺点，所以应用时应该综合考虑。
LED发光二极管
光学性能测试
利用积分球、光谱仪等设备对LED进 行光通量、色温、显色指数等光学性 能测试。
可靠性测试
对LED进行高温、低温、湿热等环境 适应性测试，以及开关寿命、抗静电 能力等可靠性测试。
筛选与分档
根据测试结果对LED进行筛选，将性 能相近的LED分在同一档次，以便后 续应用。
04
LED发光二极管应用电路 设计
基本原理
LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN 结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来 ，从而把电能直接转换为光能。
发展历程及现状
发展历程
自20世纪60年代初期诞生以来，LED经历了从指示灯、数码 管到显示屏、照明等应用领域的发展过程。随着技术的不断 进步，LED的性能不断提高，应用领域也不断拓宽。
04
推动智能化发展，实现 LED照明系统的远程控 制和智能化管理。
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市场前景
随着全球能源短缺和环保意识的提高，LED作为一种节能环保的照明产品，其市场前景非常广阔。未 来，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，LED的市场份额将继续扩大，同时LED也将向着更高亮 度、更低能耗、更长寿命的方向发展。
02
LED发光二极管结构与特 性
基本结构组成
01
02
芯片
LED发光的核心部分，由半导 体材料制成。
LED发光二极管
目录
• LED发光二极管概述 • LED发光二极管结构与特性 • LED发光二极管制造技术 • LED发光二极管应用电路设计 • LED发光二极管性能评价与选型指南 • LED发光二极管市场前景与行业趋势分析
LED发光二极管的工作原理(精)
LED发光二极管的工作原理、应用、分类及检测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。
led灯发光原理
led灯发光原理
LED（LightEmittingDiode）是一种发光二极管，根据LED所采用的物理原理而言，它可以发出各种颜色的光，具有高效率、低耗能等优势，现已被广泛地应用于照明、显示、信息显示和其它无可比拟的照明系统中。
本文主要介绍LED灯发光原理以及它的工作原理。
一、LED灯发光原理
LED灯是一种发光二极管，它的基本原理是通过电子的能量释放出可见的光。
LED灯发光原理是，当低压电流通过LED晶体时，其中的少量电子被触发并发射出光，因此电流转化为光。
LED元件是由两个PN结构组成，其中PN结构是从多个半导体中通过共掺杂技术成功组成的。
当注入n型半导体的能量比p型半导体的能量大时，n型半导体就会发射出可见的光，而p型半导体就会发射出红外线。
所以，只要通过调节电流的大小就可以实现电流转换到光的效果。
二、LED灯的工作原理
LED灯的工作原理是通过外部电流的稳定，实现LED的工作状态。
一般来说，LED灯的最小运行电压为2.5V，当外部电压比2.5V小时，LED灯将不会开启。
当外部电压比2.5V大时，LED灯开启，电流增大，而LED灯的发光亮度随着电流的增大而增大。
当外部电压达到一定程度时，LED就不会再增加亮度了，这是LED灯的最高亮度，也是LED 灯的驱动电流的上限。
综上所述，LED灯的发光原理是电子的能量发射出可见的光，并通过调节外部电压来实现发光。
LED灯具有节能、高亮、耐压等特点，
从而得到广泛的应用。
LED发光二极管的工作原理
LED发光二极管的工作原理1.LED的结构LED由P型半导体和N型半导体通过P-N结垂直相连而成。
P型半导体中富含电子，N型半导体中则富含空穴。
两种半导体之间形成的P-N结为电子流提供了一个反向电场。
2.载流子的注入当外加正向偏压时，P-N结两端的电势差使P型半导体中的电子被注入到N型半导体中，并与空穴复合。
这个过程称为载流子的注入。
3.能级跃迁当注入到N型半导体中的电子与空穴复合时，能级之间的能量转化为光子的形式，从而产生光。
4.发射的光谱LED发射的光谱取决于材料的带隙能量差。
材料的带隙能量差越大，发射的光的波长越短，颜色也就越青紫。
一般用镓化铟、砷化镓、磷化铟等材料制作LED发光层，以产生不同颜色的光。
5.电子和空穴的再组合当LED处于正向偏压时，电子从P型半导体跃迁到N型半导体，与N 型半导体中的空穴发生再组合。
这个过程中产生了光子。
6.电流的限制为了保证LED的长寿命和稳定工作，必须限制通过LED的电流。
在稳定工作电流下，LED能够保持稳定的亮度和寿命。
7.发光强度的调节LED的亮度可以通过调节注入到LED的电流来进行控制。
增大电流则增强了发光强度，反之亦然。
8.发光的颜色通过不同的半导体材料制作LED发光层，可以实现不同颜色的发光。
比如使用铝砷化镓材料制作的LED可以发出绿色光，使用砷化铝、砷化铟和磷化铟等材料可以实现红、黄、橙等颜色的发光。
9.应用领域由于LED具有高亮度、低功耗和长寿命等优点，广泛应用于照明、显示、通信等领域。
如室内和室外照明、汽车前照灯、电视机背光、手机显示屏等。
总结：LED的工作原理是利用P-N结的电势差使电子和空穴发生再组合并发出光。
不同半导体材料形成的P-N结可实现不同颜色的发光。
通过调节注入到LED的电流可以控制发光强度。
由于其高效、节能的特点，LED在照明和显示等领域具有广泛的应用前景。
led测试原理
led测试原理
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种基于半导体
材料的发光装置，其测试原理是通过注入电流使LED发光，
并测量发光的亮度和电性能。
LED测试通常分为两个方面：电气特性测试和光学特性测试。
电气特性测试主要包括电流测试、电压测试和反向电压测试。
在电流测试中，用电流计测量通过LED的电流，通常以毫安（mA）为单位。
电压测试则是测量LED引脚之间的电压，常以伏特（V）为单位。
反向电压测试则是检测LED的反向电
压能否达到一定限值，以确定其抗反向击穿能力。
光学特性测试主要包括光通量测试、光强度测试和色度测试。
光通量测试是测量LED单位时间内辐射出的总光功率，以流
明（lm）为单位。
光强度测试则是测量LED在某一方向上的
光输出强度，以坎德拉（cd）为单位。
色度测试是用来确定LED发光色彩的特性，通过测量颜色的三个参数：色温（K）、色坐标（x，y）或色容度来描述。
在LED测试过程中，需要使用专业的测试设备，如多用途半
导体参数测试仪（SMU），光度计以及色彩分析仪等。
这些
设备可以测量LED的电气特性和光学特性，并对其性能进行
评估。
通过LED测试可以确保LED的质量和性能符合预期要求，对
于LED的生产和应用具有重要意义。
LED发光二极管技术参数常识
LED发光二极管技术参数常识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。
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。
简易发光二极管的原理
简易发光二极管的原理
简易发光二极管（LED）的工作原理是基于半导体材料的光电效应。
LED是由一种称为PN 结的结构组成。
PN 结是由两种不同类型的半导体材料，N 型半导体和P 型半导体，通过特定的生长、薄片制作和掺杂工艺制成的。
当P 型半导体与N 型半导体连接并形成PN 结时，形成的结构具有特定的电子能级布局。
在P 型半导体一侧，存在多余的正电荷，称为空穴（Holes）；在N 型半导体一侧，存在多余的负电荷，称为自由电子（Free Electrons）。
这样，PN 结两侧的电子浓度有了差异。
当外部电流通过LED 时，电子从N 型半导体区域移动到P 型半导体区域，而空穴从P 型半导体区域移动到N 型半导体区域。
这个过程被称为电子-空穴复合。
在电子-空穴复合的过程中，能量被释放并以光子的形式辐射出来。
由于半导体材料的能带结构和材料的掺杂程度可以调节，LED 可以发射不同颜色的光线。
对于红色LED，使用AlGaAs（铝镓砷化物）材料，而对于蓝色和白色LED，使用GaN（氮化镓）材料。
总的来说，简易发光二极管的发光原理是通过电子和空穴的复合释放能量，以光子的形式发射光线。
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LED发光二极管工作原理及检测方法
发光二极管LED（Light-EmittingDiode）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。
1、发光二极管LED主要特点
（1）在低电压（1.5～2.5V）、小电流(5～30mA)的条件下工作，即可获得足够高的亮度。
（2）发光响应速度快（10-7～10-9 s），高频特性好，能显示脉冲信息。
（3）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。
（4）体积小。
发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。
其中圆形管子的外径有φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ8、φ10、φ12、φ15、φ20（mm）等规格，直径1mm的属于超微型LED。
（5）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。
由于LED的PN结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用，寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。
（6）使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED 平极型电视屏等。
（7）容易与数字集成电路匹配。
2．发光二极管的原理
发光二极管内部是具有发光特性的PN结。
当PN结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。
普通发光二极管的外形、符号及伏安特性如图1 所示。
LED正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。
当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。
因此，LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L（单位cd/m2，读作坎德拉每平方米）与正向电流IF近似成正双，有公式L =K IFm
式中，K为比例系数，在小电流范围内（IF=1～10mA），m=1.3～1.5。
当IF>10mA时，m=1，式（L =K IF
即亮度与正向电流成正比。
以磷砷化镓黄色LED为例，相对发光强度与正向电流的关系如图2所示。
LED的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体材料有关。
使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的IF值（一般选10mA左右，对于高亮度LED可选1～2mA），既保证亮度适中，也不会损坏LED。
若电流过大，会烧毁LED的PN结。
此外，LED的使用寿命将缩短。
由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿命长，所以常用作收录机、收音
机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器等。
发光二极管在正向导通时有一定稳压作用，还可作直流稳压器中的稳压二极管，提供基准电压，兼作电源指示灯。
目前市场上还有一种带反射腔及固定装置的发光二要管（例如BT104-B2、BT102-F），很容易固定在仪器面板上。
LED的输出光谱决定其发光颜色及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。
常见管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAsP）、磷砷化镓（GaAlAs）、砷铝化镓（GaN）氮化镓可发蓝光。
3．使用注意事项
（1）管子极性不得接反，一般讲引线较长的为正极，引线较短的是负极。
（2）使用中各项参数不得超过规定极限值。
正向电流IF不允许超过极限工作电流IFM值，并且随着环境温度的升高，必须作降额使用。
长期使用温度不宜超过75℃。
（3）焊接时间应尽量短，焊点不能在管脚根部。
焊接时应使用镊子夹住管脚根部散热，宜用中性助焊剂（松香）或选用松香焊锡丝。
（4）严禁用有机溶液浸泡或清洗。
（5）LED的驱动电路必须加限流电阻，一般可取一百欧至几百欧，视电源电压而定。
（6）在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。
对于LED点阵显示器，采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。
4．检查发光二极管的好坏
发光二极管具有单向导电性，使用R×10k档可测出其正、反向电阻。
一般正向电阻应小于30k
欧姆，反向电阻应大于1M欧姆。
若正、反向电阻均为零，说明内部击穿短路。
若正、反向电阻均为无穷大，证明内部开路。
常见发光二极管的种类及主要参数见表2。
需要说明两点：第一，对于同种材料的管芯，由于所掺杂质的不同，发光颜色亦不同；第二，LED属于电流控制型器件，VF随IF而变化，所标VF值仅供参考。
此外，根据外形也可以区分发光二极管的正、负极。
早期生产的管子带金属管座，上面罩一光学透镜，管侧有一突起，靠近突起的是正极。
目前生产的LED，全部用透明或半透明的环氧树脂封装而成，并且利用环氧树脂构成透镜，起放大和聚焦作用，这类管子引线较长的为正极。
注意事项：
不推荐使用R×1k档测量LED的正、反向电阻。
因为该档电池电压E
仅仅测量正、反向电阻，并不能检查其能否正常发光。
由于发光二极管的正向电压VF一般1.5～2.5V，而万用表R×1或R×10档的电池电压为 1.5V，所以不能使管子正向导通并且发光。
R×10k档的电池电压虽然较高，但因内阻太大，提供的正向电流很小，管子也不会正常发光。
采用双表法可以检查发光二极管的发光情况。
最好选同一种型号的两块万用表，均拨一R×1或R×10档，按图1(a)所示串联使用，以提供较高的正向电压。
等效电路见(b)图。
假定两块万用表均采用MF30型，并且均拨到R×1档。
因为一块表的电池电压E=1.5V，欧姆中心值R0=25欧姆，所以总电压和总电阻分别是
E′= 2E= 2×1.5=3V
R0′= 2R0= 2×25=50欧姆
如果把它们看成一块新表，等效电路就简成（c）图。
新表的满度电流是：
IM′= E′/ R0′=2E/ 2R0= E/ R0=IM
可见满度电流值并未改变。
发光二极管在使用时应加上限流电阻R，将正向电流IF限制在10～30mA为宜，避免功耗太记而损坏管子。
一般典型正向电流可选10mA，IF的计算公式为
IF= E－VF/ R
（c）图中的R0′能起到限流作用，因此不必另接限流电阻。
磷砷化镓发光二极管的正向压降较低，为1.7V左右。
E′=3V将R0′=50欧姆，可求出用双表法测量时的正向电流为IF= E′－VF/ R0′=3－1.7/50=26 mA <30 mA
因此对管子没有危险。
电路接通之后，管子能发出晶莹夺目的红光。
如果选用的两块万用表R×1档欧姆中心值不等，设分别为R01、R02，而两表R×1档的电池电压均为E（E=1.5V），则此时
IM′=2 E / R01 R02
IF=2 E －VF / R01 R02
实例：测量一只型号不明的发光二极管。
第一步，判定正、负极。
用MF30型万用表的R×10k档测得正向电阻为26k欧姆，反向电阻接近无穷大。
测正向电阻时，黑表笔接的就是正极。
第二步，将两块MF30型万用表均拨至R×1档采用双表测量，被测管发出艳丽的红光。
若把发光二极管的极性反接，加上反向电压时管子就不能发光。
然后将两块万用表拨于R×10档，管子发光暗淡。
这是因为总电阻R0′=2×250=500欧姆，提供的正向电流较小所致。
此时
IF≈3－1.7/500=2.6 mA
注意事项：
（1）采用双表法必须先调整好两块万用表的欧姆零点。
（2）为了不损坏被测发光二极管，测量前应计算IM′值，若IM′≥50mA，需选择R×10档。
例如，两块500型万用表R×1档串联后的总电阻 R0=20欧姆，IM′=IM=75mA>50mA。
改用R×1档时IM′=7.5 mA，与典型正向电流IF=10mA就比较接近。
实际上发光二极管本身尚有1.5～2.5V压降，因此上述结果均留有一定余量。
假如不知道被测发光二极管的正向电压，也不清楚IM′值。
建议先把两块表都拨到R×10档，若发光很暗，再改拨R×1档。