《LED发光机理》PPT课件

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1、1发光机理白炽灯是把被加热钨原子的一部分热激励能转变成光能，发出宽度为1000nm以上的白色连续光谱。发光二极管（LED）却是通过电子在能带之间的跃迁，发出频谱宽度在几百nm以下的光。在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。2自发辐射---LED工作原理如果把电流注入到半导体中的P-N结上，则原子中占据低能带的电子被激励到高能带；当电子从高能带跃迁到低能带时，将自发辐射出一个光子，其能量为hv。电子从高能带跃迁到低能带把电能转变成光能的器件叫

2、LED。3自发辐射的光是一种非相干光：当电子返回低能级时，它们各自独立地分别发射一个一个的光子。因此，这些光波可以有不同的相位和不同的偏振方向，它们可以向各自方向传播。同时，高能带上的电子可能处于不同的能级，它们自发辐射到低能带的不同能级上，因而使发射光子的能量有一定的差别，使这些光波的波长并不完全一样。4LED的主要工作原理对应光的自发发射过程，因而是一种非相干光源。LED发射光的谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，适用于各种照明中。发光二极管LEDLD与LED的比较半导体发光二极管（LED）与半导体激光二极管（LD）在结构上的根本区别就是它没有光学谐振腔，形不成激光。它的

3、发光限于自发辐射。它发出的是荧光，而不是激光。面发光二极管优点：LED到光纤的耦合效率高P(q)=P0cosq载流子注入25mm5mm边发光二极管优点：与面发光LED比，光出射方向性好缺点：需要较大的驱动电流、发光功率低载流子注入50~70mm100~150mm30º120º8LED为什么会发不同颜色的光?9电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg，由光的量子性可知：hf=Eg其中h为普朗克常量6.63×10^-34J·s,f为频率据f=c/λ（c=3*10^8m/s）可得λ=hc/Eg≈1240/Eg（mm）LED发射波长的公式推导EcEfEv导带禁带Eg价带满

4、带10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。EcEfEv导带Ec禁带EgEg价带Ev满带Ec1112一般短波長紅外光高亮度長波長紅外光可見光不可見光LED波長450~780nm光波長850~1550nm950~1550nm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。白光LED（1998年、固态照明）；思考：白光LED的意义？1、原理：二波长光混色(蓝色光+黄色光)GaN芯片发蓝光（

5、λp=465nm，Wd=30nm）；蓝光激发Ce(铈)：YAG（Y3Al5O12，Y2O3和Al2O3的摩尔比为3：5）荧光粉，发射黄色光，峰值550nm；蓝光和黄光混合，得到白光。全彩LED在同一个发光单元中有三种颜色的LED，LED紧密排列，这样可使得各LED的光斑人眼中成像重叠;独立控制发光单元中的三种发光二极管的灰度级别，亦即控制每个发光单元中的红、绿、蓝三种颜色各自的亮度，就可使发光单元调配出多种不同的颜色。基色合色：红色+绿色=黄色；红色+蓝色=品红色；绿色+蓝色=青色；红色+蓝色+绿色=白色17CapabilityComparisonBetweenLightSource

6、inMachineVision照明光源类型181)效率高:按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高(一般为10～30lm/W，目前已知光效最高的白色LED光效可以达到551lm/W)，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80%～90%；而对于光效差不多的白炽灯，其可见光效率仅为10%～20%。2)光线质量高:由于光谱中几乎没有紫外线和红外线，故热量小，辐射低，LED属于典型的绿色照明光源。3)光色纯:与白炽灯全频段光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。LED光源较传统光源的优点194)电压适度且功耗低:LED使用低压电源，供电电压为6～24V，根据产品

7、不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。5)寿命长:光通量衰减到70%的标称寿命为10万h。LED光源在连续工作10,000到30,000小时后，亮度衰减，但远比其他形式的光源效果好。此外，用控制系统使其间断工作，可抑制发光管发热，寿命将延长一倍。(半导体光源的损坏一般由三种原因引起，即内部损坏（如P-N结损坏），接触损坏（如引线断掉）和光学谐振端面的损坏（如光纤碰角或端面污染引起）。前两种为发光二极管和激光二极管所共有，而后