發(fā)光二極管優(yōu)秀課件

第2章電光信息轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的器件稱為電光轉(zhuǎn)換器件。本章主要介紹發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、液晶顯示器、陰極射線管及等離子顯示板?！?.1發(fā)光二極管（LED）半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)LED的工作原理、結(jié)構(gòu)及驅(qū)動LED的特性應(yīng)用

§2.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)原子中存在許多能級，最低能級E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的能級Ei(i=2,3,4…)稱為激發(fā)態(tài)。電子3種躍遷:（1）受激吸收E2E1hvE2E1hvE2E1hvhvhv（2）自發(fā)輻射（3）受激輻射

設(shè)處于能級E1和E2的原子數(shù)分別為N1和N2。熱平衡狀態(tài)時，遵循玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布:（2.1.1-1）在熱平衡狀態(tài)下，。受激吸收速率大于受激輻射速率。當(dāng)光通過這種物質(zhì)時，光強(qiáng)按指數(shù)衰減，這種物質(zhì)稱為吸收物質(zhì)。如果，即受激輻射速率大于受激吸收速率，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時，就會產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為增益介質(zhì)（或激活介質(zhì)）。

電子擴(kuò)散漂移空穴內(nèi)建電場空間電荷區(qū)PN圖2.1.1-3PN結(jié)內(nèi)建電場的形成及載流子的運(yùn)動PN結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通：耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。在擴(kuò)散過程中，導(dǎo)帶的電子可以躍遷到價帶與空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射光。光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅg有關(guān)，即λ≈1240/Eg（mm）§2.1.2發(fā)光二極管的工作原理、結(jié)構(gòu)及驅(qū)動一、工作原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖P-AlxGa1-xAsN-AlyGa1-yAsP-GaAs光輸出發(fā)光二極管（lightemittingdiode，LED），是利用正向偏置PN結(jié)中電子與空穴的復(fù)合輻射發(fā)光的，是自發(fā)輻射發(fā)光。二、基本結(jié)構(gòu)1、面發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖2、

邊發(fā)光二極管金屬化層(用于電接觸)SiO2絕緣層雙異質(zhì)結(jié)熱沉襯底導(dǎo)光層金屬化層(用于電接觸)條形接觸(確定有源區(qū))有源區(qū)

它的核心結(jié)構(gòu)是有源層兩邊有導(dǎo)光層（限制層），構(gòu)成了以有源層為纖芯的光波導(dǎo)，有源層產(chǎn)生的光波從其端面射出，發(fā)散角小。有利于發(fā)光功率有效地耦合入光纖。結(jié)構(gòu)示意圖

三、驅(qū)動電路輸出光功率被電信號所調(diào)制——數(shù)字、模擬。圖2.1.2-4LED驅(qū)動電路+5VLEDReRb2Rb1Vin四、符號及外形LED外形可分為圓形、方形、矩形、三角形和組合形等多種塑封LED按管體顏色又分為紅色、琥珀色、黃色、橙色、淺藍(lán)色、綠色、黑色、白色、透明無色等多種發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒有諧振腔對波長的選擇，譜線較寬，如圖2.1.3-1所示?！?.1.3LED的特性1300波長/nmΔλ=70nm相對光強(qiáng)圖2.1.3-1LED光譜0200400電流I/mA發(fā)射光功率P/mW

面發(fā)光邊發(fā)光151050圖2.1.3-2LED的P-I曲線§2.1.4LED的特點(diǎn)及應(yīng)用一、特點(diǎn)1、LED輻射光為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大。2、LED的發(fā)光顏色非常豐富，通過選用不同的材料，可以實(shí)現(xiàn)各種發(fā)光顏色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的紅色LED，GaAaP材料的橙色、黃色LED，以及GaN藍(lán)色LED等。而且通過紅、綠、藍(lán)三原色的組合，可以實(shí)現(xiàn)全色化。3、LED的輝度高。隨著各種顏色LED輝度的迅速提高，即使在日光下，由LED發(fā)出的光也能視認(rèn)。正是基于這一優(yōu)勢，在室外用信息板、廣告牌、道路通行狀況告示牌等方面的應(yīng)用正迅速擴(kuò)大。4、LED的單元體積小。在其他顯示器件不能使用的極小的范圍內(nèi)也可使用，再加上低電壓、低電流驅(qū)動的特點(diǎn)，作為電子儀器設(shè)備、家用電器的指示燈、信號燈的使用范圍還會進(jìn)一步擴(kuò)大。5、壽命長，基本上不需要維修?？勺鳛榈匕?、馬路、廣場地面的信號光源，是一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。二、

應(yīng)用1、指示燈、信號燈2、數(shù)字顯示用顯示器利用LED進(jìn)行數(shù)字顯示，有點(diǎn)矩陣型和字段型兩種方式。圖2.1.4-1點(diǎn)矩陣型數(shù)字顯示圖2.1.4-2字段型數(shù)字顯示樹脂反射框引線框架LED芯片擴(kuò)散片3、平面顯示器LED用于平面顯示，其優(yōu)點(diǎn)是：LED為固體元件，可靠性高，可以制作對于CRT及LCD來說不容易做出的大型顯示器。4、光源LED除用做顯示器件外，還可用做各種裝置、系統(tǒng)的光源。比如電視機(jī)遙控器的光源。直流電源、整流電源及交流電源指示電路單LED電平指示電路單LED可充作低壓穩(wěn)壓管用

附：(1)LED應(yīng)用舉例電平表

(2)普通發(fā)光二極管的檢測利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ，反向電阻的值為∝。(3)中國大陸LED產(chǎn)業(yè)估計(jì)到2012年，整個中國LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過1500億元。美國市場研究公司CommunicationsIndustryResearchers(CIR)預(yù)測，平均每年增長20%~30%，隨著LED應(yīng)用范圍的增加，這一數(shù)據(jù)有不斷增加的趨勢。我國已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應(yīng)用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國內(nèi)在照明領(lǐng)域已經(jīng)形成一定特色，其中戶