浅谈LED在日常生活中的应用[1]

　　1 LED的基本结构和特点

　　1.1 LED的基本结构与发光原理

　　半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。但它有其特殊的功用。早在半个世纪前人们就已经知道半导体材料可产生光线。

　　通过扩散工艺，在纯净的半导体掺入少量合适的杂质，便可得到杂质半导体。掺入五价元素就是N型半导体，掺入三价元素就是P型半导体。LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写，是一种固态的半导体器件。在P型半导体中，空穴(带正电)占主导地位称为多数载流子，电子(带负电)称为少数载流子。在N型半导体中，电子(带负电)占主导地位是多数载流子，空穴(带正电)是少数载流子。加电后，在P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PNJunctionTransistors)。PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合，多余的能量就会转变成光能而被释放出来，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。如小电流时LED为红色，随着电流的增加，可以依次变为橙色、黄色，最后为绿色。通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件。

　　1.2 LED的特点

　　LED的内在特征决定了它的优缺点;如：

　　(1)体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，每个单元LED小片是3～5mm的正方形，非常轻，可以制作成各种形状的器件，并且适合于易变的环境，易于模块化。

　　(2)用电量少：使用低压直流驱动，供电电压在6～24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。超低功耗(单管0.03～0.06W)，电光功率转换接近100%。相同照明效果比传统光源节能80%以上。

　　(3)抗震效果好，耐冲击。

　　(4)稳定性能好：光衰为初始的50%，比传统光源寿命长10倍以上。

　　(5)响应时间：白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

　　(6)环保：LED是由无毒的材料做成，无有害金属汞，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

　　(7)多色彩：可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使3种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合，变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

　　(8)技术先进：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。

　　(9)价格比较昂贵。

　　1.3 LED分类

　　1.3.1 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2种或3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4种类型。

　　1.3.2按发光管出光面特征分

　　按发光管出光面特征分，可分为圆灯、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3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)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。

　　1.3.3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。

　　1.3.4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。