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第二章第二章 发光二极管发光二极管l发光二极管结构和工作原理l发光二极管的特性参数 LED是一种能把电能直接转换成光能的半导体PN结二极管。发光二极管可以用子显示、照明、光电控制系统的信号光源，广泛用于飞机、计算机、仪器仪表、自动控制设备和民用电器上。小容量，短距离光纤通信系统。发光二极管 发光二极管的外形如下图所示，金属帽型是最初的封装形式，现在以陶瓷型和全树脂型为主，正向全树脂化发展。发光管除了单独使用外，也常将多个发光二极管排成短阵，用以显示数字、符号、文字、图案以及工艺流程模拟系统等，进而直接用LED制成数码管和字符管。下图是国产BS201型LED数码管的外形。(a)正面发光型；(b)侧面发光型 发光二极管的类型发光二极管的类型发光二极管的类型发光二极管的类型：正面发光型正面发光型LED和和端面发光型端面发光型LED 发光二极管结构和工作原理发光二极管结构和工作原理边发射LED结构截面图条件：条件：l1.直接带隙材料l2.双异质结（DH）结构1)1)直接跃迁型直接跃迁型直接跃迁型）间接跃迁型）间接跃迁型导带声子发射声子能量结论结论 直接跃迁具有较高的跃迁几率，所以用作半导体光辐射器件（和）的有源区材料必须选用直接带隙跃迁半导体。这类半导体材料的代表有：GaAs双异质结结构双异质结结构DH激光器工作原理(a)双异质结构；(b)能带；(c)折射率分布；(d)光功率分布 LED 发光机理发光机理l自发辐射l发射波长：发光二极管具有如下工作特性：(1)光谱特性。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，如下图LED光谱特性 测试框图测试框图：(2)输出光功率特性。发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子数，一般外微分量子效率d小于10%。两种类型发光二极管的输出光功率特性示于下图。驱动电流I较小时，P-I曲线的线性较好；I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I 曲线的斜率减小。发光二极管(LED)的P-I特性(3)伏安特性。发光二报管的伏安特性与普通整流二极管相似，如下图所示。从图中可以看出，oa段称为正向死区。当外加正向电压小于开启电压，克服不了因扩散而在PN结附近形成的势垒电场，因此PN结仍然呈现较大的电阻值，正向电流很小，复合自发辐射过程抵销不了共振吸收过程，发光二极管不发光。只有当正向电压超过开启电压，复合自发辐射过程才占优势，发出非相干光。这是使用中要注意到的问题。LED的辐射强度空间分布的辐射强度空间分布LED调制特性：调制特性：LED光输出的温度特性：光输出的温度特性：