第2章 光电检测中的常用光源,第2章 光电检测中的常用光源,§2.1 光源的特性参数 §2.2 热辐射源 §2.3 气体放电光源 §2.4 固体发光光源 §2.5 激光器,2.4 固体发光光源（FPD）,一、定义 固体发光光源又称平板发光器件或平板显示器平板显示器的厚度较薄，看上去就像一块平板 二、分类 1、平板显示(FPD) 按发光类型分：主动发光型和被动发光型两种前者媒质自己发光，后者则靠媒质调制外部光源实现信息显示 2、按媒质和工作原理分：液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、电致发光显示(ECD)和电泳发光显示(EPD)等一、场致(电致)发光光源,1、定义：场致发光是固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称电致发光 2、有三种形态 粉末场致发光源 薄膜场致发光源 结型场致发光源（二极管）,交流粉末场致发光屏,1、结构，如图所示,2、工作原理：粉层中自由电子在强电场的作用下加速，获得很高的能量，它们撞击发光中心，使其受激发而处于激发态当激发态回到基态时以发光形式释放能量玻璃板,荧光粉层,反射层,透明导电膜,铝箔电极,3、发光亮度,（2）发光亮度与时间的关系,（1）发光亮度与所加电压、频率的关系（右图所示）,如ZnS：峰值波长0.48~0.52μm,寿命约为3000小时,4、使用特点：发散角大，光线柔和，寿命长，功耗小，响应快，不发热，但亮度低、电压高，老化快,直流粉末场致发光屏,1、定义：依靠传导电流产生激发发光。
发光材料：ZnS:Mn、Cu 2、特点：100V电压下，光亮度约为30cd/m2,寿命上千小时，发光效率0.2~0.5lm/W适合于脉冲激发下工作3、应用：数码、字符、矩阵的显示,薄膜场致发光屏,1、直流：主要有橙黄和绿色，10~30V电压下，光亮度约为3cd/m2, 发光效率10-4l m/W寿理命大于1000小时2、交流：主要有橙黄和绿色，100~300V电压，频率几十~几千Hz，光亮度几百cd/m2, 发光效率10-3l m/W寿命大于5000小时3、特点：均匀致密，分辨率高，对比性好，驱动电压低场致发光光源的优点：,场致发光光源的缺点：,固体化、平板化，可靠、安全、占地小，易安装 面积、形状不受限制 属无红外辐射的冷光源，隐蔽性好，对环境没影响 视角大，光线柔和，便于观察 寿命长，发光不会突然熄灭 功耗低，几毫瓦/m2 发光易于通过电压控制,亮度低（50cd/m2) 驱动电压高上百伏 老化快,主要用途 特殊照明仪表表盘、飞机座舱，坑道照明 数字、符号显示 模拟显示 矩阵显示 图像转换及图像增强,结型场致发光光源--发光二极管,1、定义：发光二极管是少数载流子在PN结区的注入与复合而产生发光的一种结型发光器件，也称作注入式场致发光光源。
2、发光二极管工作原理 实际上发光二极管就是一个由P型和N型半导体组合成的二极管，如右图所示PN结未加偏压时，在PN结内形成内电场，内电场阻碍电子从N区进入P区，空穴从P区进入N区 在外电场作用下，电子和空穴就会克服内电场作用，电子从N区横越结区进入P区，空穴从P区横越结区进入N区 在耗尽层里，电子能够自发地与空穴复合而放出能量----产生光子，光子朝各个方向运动，这就形成了结型发光，这就是LED在LED中，向各个方向发出的光是自发发射的3. 发光二极管的特性参数,1）量子效率：发光二极管的量子效率有内量子效率和外量子效率之分2）发光与电流的关系,出射度与电流密度近似成线性，但红光二极管易饱和 发光二极管的发光出射度与工作温度也有关温度较高或工作电流过大时，容易出现热饱和现象3）光谱特性,发光二极管的材料直接决定着它的发光颜色，目前已能制造出红、绿、黄、橙、蓝、红外等各种颜色的发光二极管下图表示GaAs0.6P0.4和GaP红色发光的光谱能量分布 同时温度升高，能量峰值波长向长波方向移动4)响应时间 响应时间是指注入电流后发光二极管点亮(上升)或熄灭(衰减)的时间发光二极管的上升时间随着电流的增大近似地成指数减小。
发光二极管可用交流供电或脉冲供电获得调制光或脉冲光，调制频率可达几十兆赫 5)寿命 发光二极管的寿命一般是很长的，在电流密度小于lA／cm2时，寿命可达106小时，即可连续工作一百余年这是任何光源均无法与之竞争的4. 发光二极管的特点 （见P45),1.液晶显示（LCD） 2. 等离子体显示（PDP） 3. 真空荧光显示（VFP） 4. 电致变色显示（ECD） 5. 电泳显示（EPD）,二 、其它平板显示器件,,,,,1.液晶的电光效应和液晶显示（LCD）,（1）什么是液晶,液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体液晶”包含两种含义，一是指处于固体相与液体相中间状态的液晶相，二是指具有上述液晶相的物质液晶物质的大多数为有机化合物，其分子的形状一般为细长的棒状或扁平的板状,（2）液晶的各向异性：,,(b) 向列液晶,,,（3）液晶分子取向与电场的关系,a.正性液晶,分子的偶极矩与长轴方向平行,b.负性液晶,分子的偶极矩与长轴方向垂直,由于分子存在偶极矩，所以外加电场会改变分子的排列方向,液晶分子取向有序，但无位置序,（4）液晶的电光效应：在外电场的作用下导致液晶光学性能发生变化的现象。
a.负性液晶的动态散射效应(DS),b.电控双折射效应（ECB）,c.正性液晶的扭曲效应（TN）,d.正性液晶的超扭曲效应（STN）,,,,,,,,,,入射光,偏振片,偏振片,光遮断,TN排列盒,,,未施加电压时,,,,,,,,,,,入射光,偏振片,偏振片,光透过,TN排列盒,,施加电压时,,,,,,液晶显示屏的结构,,2. 等离子体显示（PDP）,等离子体---是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态物质第四种形态）,（1）等离子体、等离子体平板显示,等离子体显示板---（plasma display panel，PDP）是利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯排列构成的交流和直流）,在PDP中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，称为放电胞，其工作原理与结构如图所示透明电极,,,放电区,前玻璃基板,,透明介电质层,,保护层,,壁障(隔断),,荧光粉,,选址电极,后玻璃基板,,,发光区,,,,紫外线,,行电极,,,,列电极,,,,放电胞,,,,电压,为PDP整体结构示意图,,（2）PDP的特点 ①……②……③……④…… ⑤……⑥……⑦……P41,3. 真空荧光显示（VFP）,真空荧光显示：利用阳极上荧光体（氧化锌）受电子的轰击而发光，是一种自发光显示元件。
广泛应用于汽车仪表和家用电子产品中,特点：主动发光，有较高的发光亮度，工作温度宽-40℃~80℃,寿命达上万小时,,4. 电致变色显示（ECD）,定义：利用某些物质在电的作用下发生氧化还原反应，改变颜色的性质，作成的显示器件特点： 对比度高，无视角问题，工作电压低，存储功能好，显示内容可保持几天以上 但响应速度慢（达秒的量级），重复寿命不高（106~107次）,5. 电泳显示（EPD）,电泳---液体中的带电粒子在外电场的作用下定向移动并附着在电极上的现象其显示的工作原理是靠浸在透明或彩色液体之中的电离子移动，即通过翻转或流动的微粒像素变亮或变暗，并可以被制作在玻璃、金属或塑料衬底上特点：功耗小，寿命长，响应速度几十至几百毫秒，价格低廉,,。