發光二極體

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單元2-8-1-4
發光二極體
說明發光二極體的
特性相關知識
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2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識
發光二極體(Light Emitting Diode,簡稱LED):
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一種會發光的二極體元件
當外加
時,二極體會發光
當外加
時,二極體不會發光
發光二極體是由週期表中
或
兩種以上元素所合成的稱為
符號
外觀
工作原理
結構
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2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識
發光二極體材料種類與發光特性
• 發光二極體因使用材料不同,在不同材料間
與
所在能階也不相同,而能階的高低決定電
子電洞結合時所釋放能量的大小,因此,輻射的
光可產生具有
,不同能量的光子
所對應的即是
(能量愈高,波長愈
短),即發光二極體因製造材料不同,而發出
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使用材料、發光顏色與順向電壓關係表
材料
發光顏色
GaAs
紅外線
GaAsP
紅光、黃光、橙光
順向電壓
1.2V
2V
GaP
綠光
2.2V
GaN
藍光
5V
GaN+YAG
白光
4.1V
工作原理
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• 發光二極體的發光程序如上圖所示,當工作在
,自由電子由N型區經PN接面到P型區
與電洞復合,因傳導帶內的自由電子比價帶中之
電洞具有
,當發生復合時,自由電子
多餘的電能將
的型式釋出,
因此,它
,
與使用材料的能帶間隙之能量成反比。
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發光二極體順向偏壓的操作,順向特性說明如下:
• 當外加順向偏壓電壓VD=0V時,因為順向偏壓VD<障壁電壓VK,發
光二極體兩端電壓0V,順向電流ID=0A,所以發光二極體(LED)
會不導通(OFF)且不會發亮。
• 當外加順向偏壓電壓VD<障壁電壓VK 時,因為順向偏壓VD<障壁電
壓VK ,發光二極體兩端電壓=外加順向偏壓電壓 VD ,順向電 流
ID=0A,所以發光二極體(LED)會不導通(OFF)且不會發亮。
• 當外加順向偏壓電壓VD>障壁電壓VK 時,因為順向偏壓VD>障壁電
壓VK ,發光二極體兩端電壓=障壁電壓VK ,順向電流ID急遽增加,
所以發光二極體(LED)會導通(ON)而發亮。
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亮度與順向電流
呈現性正比關係
在10mA的亮度正
規化為1
• 發光二極體的發光輸出亮度,會隨順向電流(I)
比例減少而發光亮度愈暗,反之亦會隨著順向電
流( I )比例增加而發光亮度愈高,但發光亮度
也會呈現飽和的現象,即亮度與順向電流呈線性
正比關係。
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順向電壓降
• 發光二極體的順向切入電
壓較一般矽質或鍺質的二
極體高,約為1.7~3.3V
(視材料而定),即順向
電壓降等於順向切入電壓,
約為1.7~3.3V(視材料
而定)
逆向崩潰電壓
• 發光二極體的逆向崩潰電壓較一般矽質或鍺質的
二極體低,約為5~6V
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發光二極體的優點:消耗功率低、體積小、溫度低、
壽命長及開關切換速度快
發光二極體的應用:
分類
類型
應用
短波長紅外線LED
紅外線無線通訊
一般遙控器
長波長紅外線LED
光纖通訊
不可見光
分類
應用
電子產品指示燈
可見光
交通號誌
大型看板
廣告牆
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負載線方程式:VS = IF × RS +VF
1.假設IF =0A, VF =VS
2.若VF =0V, IF = VS /RS
由上述兩式子中,得於特性區線上繪出負載線
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定電壓等效電路分析法
• 假設發光二極體的順向工作電壓VF=2.2V
• 由下圖發光二極體等效電路可計算
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白光發光二極體
• 係以氮化鎵銦(InGaN)材料所開發而成。
二波長白光發光二極體
• 主要技術原理係以氮化鎵系列藍光晶片,加上塗在其表
面及周圍的黃色螢光粉,利用藍光激發黃色螢光粉產生
黃色光,同時也有部分藍光放射出來,即形成藍色光與
黃色光混合的二波長之白光。
三波長白光發光二極體
• 主要技術原理以紫外光之氮化鎵系列發光二極體晶片,
激發塗在其表面及周圍內含紅、綠與藍三色混合的螢光
粉,使其產生三波長之白光,此種白光的光色較均勻,
不會像二波長白光有偏黃或偏藍的現象。
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白光發光二極體的優點
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壽命長(可達五萬小時以上)
不發熱
省電
低電壓驅動
安全又具環保(無汞污染),被喻為
「綠色照明光源」的明日之星
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