发光二极管的工作条件

半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。

LED发光原理

发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

LED的基本工作条件

LED是一种电流驱动的低电压单向导电器件，为保证LED正常工作，必须满足以下几个方面的基本要求。

（1）输入直流电压必须不低于LED的正向电压降，否则，LED不会导通而发光。

（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动，当驱动并联的LED或LED串时，要求恒流而不是恒压供电。

图1给出了随机抽取的6只白光LED（其中A商标和B商标各3只）的正向电流IF随正向电压TIE变化的关系曲线。如果用恒定电压驱动这6只（相并联）LED，它们之间的正向电流相差较大，例如用3．4V驱动，正向电流范围为l 0～44mA，这就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在较大的差异。

LED所允许的额定电流（30mA）随温度的升高而减小，如图2所示。由该图可知，当环境温度升至50C时，额定电流降至20mA，在此情况下，为防止LED烧毁，驱动电流必须限制在20mA之内。因此，为避免LED的驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性，同时为获得预期的亮度要求，保证各个LED亮度和色度的一致性，应采用恒定电流驱动方式，而不是恒压方式。

图1 6只白光LED的正向电流随正向电压变化的关系曲线