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　　半導體發(fā)光器件包括半導體發(fā)光二極管（簡稱LED）、數(shù)碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實上，數(shù)碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發(fā)光單元都是一個發(fā)光二極管。

　　發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復合而發(fā)光，如圖1所示。

　　假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結面數(shù)μm以內產(chǎn)生。理論和實踐證明，光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導體材料禁帶寬度Ｅg有關，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導體材料的Eg應在3.26～1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。

　　LED是一種電流驅動的低電壓單向導電器件，為保證LED正常工作，必須滿足以下幾個方面的基本要求。

　?。?）輸入直流電壓必須不低于LED的正向電壓降，否則，LED不會導通而發(fā)光。

　　（2）采用直流電流或單向脈沖電流驅動，當驅動并聯(lián)的LED或LED串時，要求恒流而不是恒壓供電。

　　圖1給出了隨機抽取的6只白光LED（其中A商標和B商標各3只）的正向電流IF隨正向電壓E變化的關系曲線。如果用恒定電壓驅動這6只（相并聯(lián)）LED，它們之間的正向電流相差較大，例如用3．4V驅動，正向電流范圍為l 0～44mA，這就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在較大的差異。

　　LED所允許的額定電流（30mA）隨溫度的升高而減小，如圖2所示。由該圖可知，當環(huán)境溫度升至50C時，額定電流降至20mA，在此情況下，為防止LED燒毀，驅動電流必須限制在20mA之內。因此，為避免LED的驅動電流超過最大額定值，影響其可靠性，同時為獲得預期的亮度要求，保證各個LED亮度和色度的一致性，應采用恒定電流驅動方式，而不是恒壓方式。

　　圖1 6只白光LED的正向電流隨正向電壓變化的關系曲線

　?。?）光譜分布和峰值波長：某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長，其波長大體按圖2所示。由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長λ0的光強最大，該波長為峰值波長。

　?。?）發(fā)光強度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發(fā)光1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉（mcd）作單位。

　　（3）光譜半寬度δλ：它表示發(fā)光管的光譜純度。是指圖3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔。

　?。?）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。

　　圖3給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。

　?。?）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。在實際使用中應根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。

　?。?）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA時測得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時，VF將下降。

　?。?）V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關系可用圖4表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR《10μA以下。