图2-1 LED的结构示意图

2。2  LED的发光原理

LED是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，比如GaAs、GaP、GaAsP等半导体制成，它的核心是PN结。所以，它具有一般PN结的伏安特性：正向导通、反向截止、击穿特性。除此之外，在一定的条件下，它还有发光的特性。在正向电压的作用下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少量载流子（少子）的一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2-2所示[8]。

如果发光发生在区域P中，注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或先被发光中心捕后，然后和空穴复合发光。此外，还有些电子被非发光中心捕捉到，再与空穴复合，每次释放一点点的能量，不能形成可见光。因为复合是在少数载流子扩散区中发生的，使得光仅在靠近PN结面几微米以内产生。理论和实践证明，发光的波长或频率决定于选用的半导体材料的能隙 ，单位为电子伏（eV）[9]。

式中： 为电子运动速度， 为普朗克常数， 为载流子所带电荷， 为光速， 为发光波长。

图2-2 LED发光原理示意图 

如果可以产生可见光，那么半导体材料的 的范围必须在1。63-3。26eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在有红外、红、黄、绿和蓝光LED，但是其中蓝光LED的成本很高，应用不普遍。

 PN结的端电压构成一定的势垒；当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移比空穴迁移率大得多，从而使大量电子向P区移动，P区完成了少子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时的能量以光能的形式释放。这就是PN结发光的原理。

2。3  LED的发光特性

2。3。1  电学特性

1。  I-V特性

I-V特性（伏安特性）是体现LED芯片PN结特性的基本参数。LED的伏安特性具有非线性和单向导电性，这表现为外加正偏压时为低电阻，反之为高电阻，如图2-3所示。

图2-3 伏安特性曲线

 正向死区（图2-3中的ab段或a´b´）。A点电压Va点对于O点电压为开启电压，当V<Va时，所施加的电场不能克服少子扩散而形成势垒电场，此时R很大。开启电压对于不同的LED数值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1。2V，GaP为1。8V，GaN为2。5V。

 工作区。工作电流与外加电压为指数关系：

式中： 为反向饱和电流                                           

在 的工作区， 随 的增大呈指数规律上升：

在正向电压小于阀值时，电流是非常小的，不发光。当正向电压超过一定值时，电流随电压迅速增加，LED发光。从伏安曲线可以看出LED的正向电压、反向电流及反向电压等参数。LED的反向漏电流在10uA以下。LED的正向伏安特性如图2-4所示。LED的伏安特性模型可用下式表示[8]：来*自~优|尔^论:文+网www.youerw.com +QQ752018766*

式中： 为LED的启动电压； 为伏安特性曲线的斜率； 为环境温度； 为LED正向电压的温度系数。

图2-4 LED的正向伏安特性曲线

由LED的伏安曲线及数学模型得，LED在正向电压的微小变动之后将导致LED电流和环境温度的大变化，LED的老化时间和其它因素也影响了LED将改变其电特性。因为LED的光输与电流直接相关，所以它的驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小[8]。否则，LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化。

 反向死区。V<0时，PN结加反向偏压；GaP LED的反向漏电流 （V=-5V）为零，GaN LED的反向漏电流 （V=-5V）为10uA。