LED发光二极管工作原理

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1.4～3 V。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。6V Rm。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……。

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这段时间，被电视剧《知否》刷屏了。明兰和顾二叔幸福甜蜜的婚姻，让不少网友唏嘘羡慕，有人说，“这部剧简直就是现代婚姻的教科书。”剧中庶女出身，却高嫁侯府，被顾二叔万千宠爱的明兰，把一段很多人都不看好的婚姻，过成了最幸福的样子。

细细思量，与她身上鲜明而独特的三种品质是分不开的。

自信独立，不卑不亢

明兰嫁入侯府后，面对侯府小秦氏等人的挑衅，毫不胆怯。从巧妙应对顾家长辈的发难，到立院别住、人前立威，明兰都能靠着她的聪慧和果敢，不卑不亢地处理。

屡屡想出面维护明兰的顾廷烨，也被明兰的表现所惊喜到，连小秦氏也只能兀自生气感叹，“我真是小看了这个庶女，能演会装，识字记账都不在话下……”

在大多数女人都靠婚姻才能实现自我价值的宋代，明兰一直就看得通透，这实在难能可贵。

出阁前，她就对祖母说，“若为了在男人面前争一口饭吃，反倒把自己变成面目可憎的疯婆子，这一生多不划算”.结婚后，婢女问她，“若是侯爷心不在了该如何”?她坦然回答，“那我们便只有守住自己。”

对她而言，爱情，有，则锦上添花，没有，也没有关系。只要守住自己，亦能守住自己生命中的一方晴空。这样的女人，不管经历什么，也既能与男人比肩同行，又能独自傲然绽放。

去年很火的《我的前半生》里的罗子君，尽管以前的她穿金戴银，背名牌包，喷贵香水，过着养尊处优的生活，看似很有品位，实际上却恰恰相反。她所拥有的东西都是因为“陈太太”这个身份得来的，所以一旦失去了这个身份后，她变得一无所有。

后来她终于明白了这样的人生只是美丽的泡沫，浮华的表面，糟糠的内里。当她努力抛弃这种依附于人的生活后，成为独立的女性后，她的品位也渐渐浮现出来了，连职场精英贺涵都被吸引住了。

正如亦舒在书里也写到的那样，“没有任何人会成为，你以为的今生今世的避风港”.

幸福的婚姻，从来都不是谁攀缘了谁，不是谁滋养了谁，而是两个独立的个体，彼此独立，相互成就。

理解宽容，不急不躁

明兰的丈夫顾庭烨自幼失恃，深陷繁复驳杂的家事囹圄，他看似玩世不恭，不学无术，实则有勇有谋，重情重义。他自幼缺少母爱，受尽家族的白眼和欺凌，内心渴望家庭的安定和温暖。

顾廷烨建功立业后，外人只看重他的地位和富贵，而明兰，却明白他所有的艰辛和不易，她有礼有节地与小秦氏对抗，认真细致地看护经营着他用命搏来的家产，视如己出地教导蓉儿读书学习，支持顾廷烨去寻找流落在外的儿子昌儿，甚至大度地接受顾廷烨姑母送来的妾室，只为了能让夫君不被内室家务所烦扰，全心全力地拼事业。

明兰深知，每个人都有缺点，都有过去，但人总要向前看。她善解人意，不急不躁，大度地包容了他被人所鄙夷嘲笑的过去，用心地护着他心中重要的人，给了他一个安宁温馨的家。

这份理解和宽容，对深受家庭之苦的顾廷烨而言，极为可贵，因此，也让他对明兰的爱，更深了一层。

黄磊和孙莉算得上是娱乐圈的模范夫妻，在一起二十多年未曾红过脸。黄磊曾说过，“我太太这样的女人，其实不罕见，应该属于普及型。但在我心中，却是只此一款，不退不换。”

两人在相处的过程中也从不把爱当作理所当然，而是互相理解，互相体贴。婚后孙莉慢慢退出了演艺圈，将大半的精力放在了家庭和孩子身上。黄磊从不让孙莉进厨房，“家里有一个人会做饭就够了，我愿意为她做一辈子的饭。”正是双方将彼此的付出看在眼里，才会相互理解，相互支持，共同拥有了一段甜蜜的婚姻。正如泰戈尔所说，“爱情是理解和体贴的别名”.

好的婚姻，就是双方在对彼此的理解和包容里，一次次地爱上。

懂得放弃，不怨不艾

剧情刚开始的时候，明兰就遇见了齐衡，身为平宁郡主的独子，齐衡注定是齐国公府未来的继承人。这个温润如玉的谦谦君子，对明兰一片痴心，明兰也在心底燃起了爱情的火花。

但是，邕王的女儿对齐衡一见倾心，为了让女儿得到今生至爱，邕王扣押了齐衡的父亲，并以此相逼，最后，齐衡只能无奈放手，两人也就此错过。

在初恋夭折时，明兰也哭过消沉过。但她深知，这样做是没有任何意义的，便又逼迫自己尽快振作了起来。

与顾庭烨结婚后，她便努力彻底忘掉了这段刻骨铭心的初恋，一心一意地与顾庭烨过日子。在齐衡多次在朝堂上参奏丈夫，屡惹事端的情况下，她更是勇敢教说齐衡，霸气护夫。

当一段恋情衰败的时候，她并没有把爱情看得比天高，为之寻死觅活，也没有执迷不悟，陷入自怨自艾的泥潭，而是懂得适时放手，努力过好自己以后的人生。她的这份睿智和对爱情的忠贞，也让丈夫顾庭烨爱她爱得更深。

每个人的人生，或许都会经历几段刻骨铭心的感情，但一旦机缘不再，不得不分开的时候，就一定要懂得放下过去，让心彻底归零，不要让自己陷入烦恼和忧伤的深渊，而是要勇敢自信地去面对一段新的生活。