Transcript 發光二極體
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 1 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)： • • • • 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 2 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 3 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 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 4 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。 5 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。 6 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 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。 7 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 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 8 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 9 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 • • • • 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 10 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 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 11 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 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。 12 2-8-1-4 發光二極體 說明發光二極體的特性相關知識 白光發光二極體的優點 • • • • • 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 13