发光二极管优秀课件

第2章电光信息转换将电信号转换为光信号的器件称为电光转换器件。本章主要介绍发光二极管、半导体激光器、液晶显示器、阴极射线管及等离子显示板。§2.1发光二极管（LED）半导体光源的物理基础LED的工作原理、结构及驱动LED的特性应用

§2.1.1半导体光源的物理基础原子中存在许多能级，最低能级E1称为基态，能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态。电子3种跃迁:（1）受激吸收E2E1hvE2E1hvE2E1hvhvhv（2）自发辐射（3）受激辐射

设处于能级E1和E2的原子数分别为N1和N2。热平衡状态时，遵循玻耳兹曼统计分布:（2.1.1-1）在热平衡状态下，。受激吸收速率大于受激辐射速率。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为吸收物质。如果，即受激辐射速率大于受激吸收速率，当光通过这种物质时，就会产生放大作用，这种物质称为增益介质（或激活介质）。

电子扩散漂移空穴内建电场空间电荷区PN图2.1.1-3PN结内建电场的形成及载流子的运动PN结加正向电压时导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。在扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带与空穴复合，产生自发辐射光。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）§2.1.2发光二极管的工作原理、结构及驱动一、工作原理半导体发光二极管的结构示意图P-AlxGa1-xAsN-AlyGa1-yAsP-GaAs光输出发光二极管（lightemittingdiode，LED），是利用正向偏置PN结中电子与空穴的复合辐射发光的，是自发辐射发光。二、基本结构1、面发光二极管结构示意图2、

边发光二极管金属化层(用于电接触)SiO2绝缘层双异质结热沉衬底导光层金属化层(用于电接触)条形接触(确定有源区)有源区

它的核心结构是有源层两边有导光层（限制层），构成了以有源层为纤芯的光波导，有源层产生的光波从其端面射出，发散角小。有利于发光功率有效地耦合入光纤。结构示意图

三、驱动电路输出光功率被电信号所调制——数字、模拟。图2.1.2-4LED驱动电路+5VLEDReRb2Rb1Vin四、符号及外形LED外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种塑封LED按管体颜色又分为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明无色等多种发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽，如图2.1.3-1所示。§2.1.3LED的特性1300波长/nmΔλ=70nm相对光强图2.1.3-1LED光谱0200400电流I/mA发射光功率P/mW

面发光边发光151050图2.1.3-2LED的P-I曲线§2.1.4LED的特点及应用一、特点1、LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角大。2、LED的发光颜色非常丰富，通过选用不同的材料，可以实现各种发光颜色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的红色LED，GaAaP材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED等。而且通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。3、LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即使在日光下，由LED发出的光也能视认。正是基于这一优势，在室外用信息板、广告牌、道路通行状况告示牌等方面的应用正迅速扩大。4、LED的单元体积小。在其他显示器件不能使用的极小的范围内也可使用，再加上低电压、低电流驱动的特点，作为电子仪器设备、家用电器的指示灯、信号灯的使用范围还会进一步扩大。5、寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场地面的信号光源，是一个新的应用领域。二、

应用1、指示灯、信号灯2、数字显示用显示器利用LED进行数字显示，有点矩阵型和字段型两种方式。图2.1.4-1点矩阵型数字显示图2.1.4-2字段型数字显示树脂反射框引线框架LED芯片扩散片3、平面显示器LED用于平面显示，其优点是：LED为固体元件，可靠性高，可以制作对于CRT及LCD来说不容易做出的大型显示器。4、光源LED除用做显示器件外，还可用做各种装置、系统的光源。比如电视机遥控器的光源。直流电源、整流电源及交流电源指示电路单LED电平指示电路单LED可充作低压稳压管用

附：(1)LED应用举例电平表

(2)普通发光二极管的检测利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ，反向电阻的值为∝。(3)中国大陆LED产业估计到2012年，整个中国LED产业产值将超过1500亿元。美国市场研究公司CommunicationsIndustryResearchers(CIR)预测，平均每年增长20%~30%，随着LED应用范围的增加，这一数据有不断增加的趋势。我国已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户