2.1 发光二极管演示幻灯片

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,（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）。,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。光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即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,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,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,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,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。,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10k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200k，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，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十