LED的基本結(jié)構(gòu)與簡單應(yīng)用
LED的定義與結(jié)構(gòu)組成：
LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極， 另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這 邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子 跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。
LED的發(fā)光原理
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(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，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(jìn)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(fù)合而發(fā)光。
假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲 后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不 能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
LED焊接技術(shù)要求及操作注意事項(xiàng)
1、生產(chǎn)時(shí)一定要戴防靜電手套，防靜電手腕，電烙鐵一定要接地，嚴(yán)禁徒手觸摸白光LED的兩只引線腳。因?yàn)榘坠?/font>LED的防靜電為100V,而在工作臺上 工作濕度為60%-90%時(shí)人體的靜電會損壞發(fā)光二極體的結(jié)晶層，工作一段時(shí)間后（如10小時(shí)）二極體就會失效（不亮），嚴(yán)重時(shí)會立即失效。
2、焊接溫度為260℃，3秒。溫度過高，時(shí)間過長會燒壞芯片。為了更好地保護(hù)LED,LED膠體與PC板應(yīng)保持2mm以上的間距，以使焊接熱量在引腳中散除。
3、LED的正常工作電流為20mA,電壓的微小波動（如0.1V）都將引起電流的大幅度波動（10%-15%）。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)LED的壓降配對不同的限流電阻，以保證LED處于最佳工作狀態(tài)。電流過大，LED會縮短壽命，電流過小，達(dá)不到所需光強(qiáng)。 一般在批量供貨時(shí)會將LED分光分色，即同一包產(chǎn)品里的LED光強(qiáng)、電壓、光色都是的，并在分光色表上注明。
LED損壞的原因及LED電路保護(hù)的方法
白光LED屬于電壓敏感型的器件，在實(shí)際工作中是以20mA的電流為上限，但往往會由于在使用中的各種原因而造成電流增大，如果不采取保護(hù)措施，這種增大的電流超過一定的時(shí)間和幅度后LED就會損壞。
造成LED損壞的原因主要有：
①供電電壓的突然升高。
②線路中某個(gè)組件或印制線條或其他導(dǎo)線的短路而形成LED供電通路的局部短路，使這個(gè)地方的電壓增高。
③某個(gè)LED因?yàn)樽陨淼馁|(zhì)量原因損壞因而形成短路，它原有的電壓降就轉(zhuǎn)嫁到其他LED上。④燈具內(nèi)的溫度過高，使LED的特性變壞。
⑤燈具內(nèi)部進(jìn)了水，水是導(dǎo)電的。
⑥在裝配的時(shí)候沒有做好防靜電的工作，使LED的內(nèi)部已經(jīng)被靜電所傷害。盡管施加的是正常電壓和電流值，也是極易造成LED的損壞。
那么，我該怎么樣進(jìn)行LED電路的保護(hù)呢？
1.保護(hù)電路中采用保險(xiǎn)絲(管)
由于保險(xiǎn)絲是一次性的，且反應(yīng)速度慢，效果差、使用麻煩，所以保險(xiǎn)絲不適宜用于LED燈成品中，因?yàn)?/font>LED燈現(xiàn)在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要 求LED保護(hù)電路要很苛刻：在超出正常使用電流時(shí)能立即啟動保護(hù)，讓LED的供電通路就被斷開，使LED和電源都能得到保護(hù)，在整個(gè)燈正常后又能夠自動恢 復(fù)供電，不影響LED工作。電路不能太復(fù)雜體積不能太大，成本還要低。所以采用保險(xiǎn)絲的方式實(shí)現(xiàn)起來很困難。
2.使用瞬態(tài)電壓抑制二極管（簡稱TVS）
瞬態(tài)電壓抑制二極管是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，能以10的負(fù)12次方秒極短時(shí)間的速度，使自己兩極間的高阻 立即降低為低阻，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的電壓值，有效的保護(hù)了電子線路中的精密元器件。瞬態(tài)電壓抑制二極管具有響應(yīng)時(shí) 間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。LED光珠的損壞主要是因?yàn)殡娏鬟^大使芯片內(nèi)部過熱造成的。TVS只能探測過電壓不能探測過電流。要選擇合適的電壓保護(hù)點(diǎn)很難掌握，這種器件就無法生產(chǎn)也就很難在實(shí)際中使用。
3.選擇自恢復(fù)保險(xiǎn)絲
自恢復(fù)保險(xiǎn)絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC， 是由聚合物與導(dǎo)電粒子等構(gòu)成。在經(jīng)過特殊加工后，導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過（或組件處于正常環(huán)境溫度）時(shí)，PTC自恢復(fù)保 險(xiǎn)絲呈低阻狀態(tài)；當(dāng)電路中有異常過電流通過（或環(huán)境溫度升高）時(shí)，大電流（或環(huán)境溫度升高）所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，也就切斷了導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo) 電通路，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過電流（超溫狀態(tài)）消失后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，PTC自恢復(fù)保 險(xiǎn)絲又呈初始的低阻狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)自恢復(fù)保險(xiǎn)管的發(fā)熱很小，在異常工作狀態(tài)它的發(fā)熱很高阻值就很大，也就限制了通過它的電流，從而起到了保護(hù)作用。 在具體的電路中，可以選擇：
①分路保護(hù)。一般LED燈是分成很多串接支路。我們可以在每個(gè)支路的前面加一支PTC組件分別進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是精確性高，保護(hù)的可靠性好。
②總體保護(hù)。在所有光珠的前面加接一支PTC組件，對整燈進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是簡單，不占體積。對于民用產(chǎn)品來說，這種保護(hù)在實(shí)際使用中的結(jié)果還是令人滿意的。
LED在光電鼠標(biāo)中的應(yīng)用
一般我們常見的光電鼠標(biāo)通常是指使用光電組件，根據(jù)對移動表面圖像的邏輯判斷來生成移動數(shù)據(jù)的鼠標(biāo)。
光電鼠標(biāo)的工作原理是：在光電鼠標(biāo)內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光二極管，通過該發(fā)光二極管發(fā)出的光線，照亮光電鼠標(biāo)底部表面（這就是為什么鼠標(biāo)底部總會發(fā)光的原因）。然后將光電鼠標(biāo)底部表面反射回的一部分光線，經(jīng)過一組光學(xué)透鏡，傳輸?shù)揭粋€(gè)光傳感器件（微成像器）內(nèi)成像。
這樣，當(dāng)光電鼠標(biāo)移動時(shí)，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標(biāo)內(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片（DSP，即數(shù)字微處理器）對移動軌跡上攝取的一系列圖像進(jìn)行分析處理，通過對這些圖像上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來判斷鼠標(biāo)的移動方向和移動距離，從而完成光標(biāo)的定位。
光電鼠標(biāo)通常由以下部分組成：光學(xué)傳感器、光學(xué)透鏡、發(fā)光二極管、接口微處理器、輕觸式按鍵、滾輪、聯(lián)機(jī)、PS/2或USB接口、外殼等。下而我們重點(diǎn)來了解下發(fā)光二極管（LED）在光電鼠標(biāo)中的應(yīng)用情況。
我們知道，光電鼠標(biāo)在使用過程當(dāng)中底部會發(fā)出淡紅色光芒。這是鼠標(biāo)中的發(fā)光二極管發(fā)出的，它在鼠標(biāo)中起什么作用呢？發(fā)光二極管發(fā)出的高亮（這主要是為了可以獲得足夠的光照度）光線，一部分通過鼠標(biāo)底部的光學(xué)透鏡(即其中的棱鏡)來照亮鼠標(biāo)底部；另一部分則直接傳到了光學(xué)傳感器的正面。通俗一點(diǎn)來講，就是發(fā)光二極管的作用就是發(fā)出光芒產(chǎn)生鼠標(biāo)工作中所需要的光源。
但是為什么常見的光電鼠標(biāo)使用的LED是紅色的呢？
為什么會選擇紅色呢？其實(shí)原因比較簡單，因?yàn)榧t色光源的LED技術(shù)比較成熟，而且成本上算來也是比較便宜的。這就使得紅色高亮LED的使用壽命最長。而光 電引擎的成像是單色的，無論什么顏色的光源都不會產(chǎn)生影響。所以在這種情況下，除了少數(shù)廠商為了制造賣點(diǎn)以外，大多數(shù)廠商當(dāng)然會選擇紅色的產(chǎn)品，使如許多 光電鼠標(biāo)也采用藍(lán)色LED，顯得與眾不同，但本質(zhì)上是一樣的。
另外，結(jié)合直插式LED和SMD LED還可以用來裝飾鼠標(biāo)，使其發(fā)出七色炫彩光芒，更吸引人的眼球。更符合時(shí)尚一族的審美需求。全球每年光電鼠標(biāo)的生產(chǎn)量數(shù)以億計(jì)，以每個(gè)鼠標(biāo)消耗1顆~7顆LED計(jì)算，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益有效地支撐了部份LED產(chǎn)業(yè)的出貨量。
展望未來，即使雷射鼠標(biāo)大有普及之勢，但仍離不開LED的輔助發(fā)光。盡管如此，以目前的光電鼠標(biāo)普及狀況來看，LED在鼠標(biāo)中的應(yīng)用仍然占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，不可撼動。
LED與LCD的主要區(qū)別
LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。
LED與LCD有著根本的區(qū)別，首先是發(fā)光光源的不同，其次是顯示效果的區(qū)別，LCD可顯示精致畫面，LED確不能。LED理論上可做成很大的任意尺寸的顯示屏，LCD目前的技太還只能做到100英寸左右。
LED照明前景
美國能源部（DOE）對LED做出了如此的評價(jià)：沒有其它照明技術(shù)可以具有像LED這樣大的節(jié)能潛力和提升我們建筑環(huán)境品質(zhì)。針對LED封裝而言，2010年增長率超過了50%，超過了80億美金，到2014年，LED市場的復(fù)合年增長率將超過30%，金額超過200 億美金。據(jù)DisplaySearch的最新報(bào)告顯示，由于 LED芯片功率提升和成本縮減，每臺液晶電視背光所使用LED器件將相應(yīng)減少，預(yù)計(jì)到2014年 LED照明應(yīng)用將取代液晶電視背光應(yīng)用成為LED應(yīng)用主流。
