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1、(完好版)发光二极管主要参数与特征发光二极管主要参数与特征LED是利用化合物资料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特征：I-V特征、C-V特征和光学特征：光谱响应特征、发光光强指向特征、时间特征以及热学特征。1、LED电学特征1.1I-V特征表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特征拥有非线性、整流性质：单导游电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。IIFVR0击反向死区工作区VFV穿正向死区区IR图I-V特征曲线如左图：正向死区：（图oa或oa段）a点对于V0为开启电压，当VVa，外加电场尚战胜许多因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不
2、一样LED其值不一样，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF=IS(eqVF/KT1)-IS为反向饱和电流。V0时，VVF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT（3）反向死区：V0时pn结加反偏压V=-VR时，反向漏电流IR（V=-5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。（4）反向击穿区V-VR，VR称为反向击穿电压；VR电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压向来增加使V-VR时，则出现IR忽然增加而出现击穿现象。因为所用化合物资料种类不一样，各种LED的反向击穿电压VR也不一样。1.2C
3、-V特征鉴于LED的芯片有99mil(250250um)，1010mil，1111mil(280280um)，1212milC(300300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）0Cn+pf左右。CC-V特征呈二次函数关系C0（如图2）。由1MHZ交流信号用C-V特征测试仪测得。V1.3最大同意功耗PFm当流过LED的电流为IF、图2LEDC-V特征曲线管压降为UF则功率耗费为P=UFIFLED工作时，外加偏压、偏流必定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外面环境温度为Ta，则当TjTa时，内部热量借助管座向外传热，闲逸热量（功率），可表示为P=KT（
4、TjTa）。1.4响应时间响应时间表征某一显示器追踪外面信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-310-5S，CRT、PDP、LED都达到10-610-7S（us级）。响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延缓的时间，即图中tr、tf。图中t0值很小，可忽视。IF响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。LED的点亮时间上升时相对亮度间tr是指接通电源使发光明度达到正常的10%开始，向来到发光明度达到正常值的90%所经历的时间。LED熄灭时间降落时间tf是指正常发光减弱至本来的10%所经历的时间。不一样资料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、
5、GaAlAs其响应时间10-9S，GaP为10-7S。所以它们可用在10100MHZ高频系统。LED光学特征发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特征。2.1发光法向光强及其角分布I2.1.1发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大批应用要求是圆柱、圆球封装，因为凸面镜的作用，故都拥有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90。当偏离正法向不一样角度，光强也随之变化。发光强度跟着不一样封装形状而强度依赖角方向。2.1.2发光强度的角分布I是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包含支架、
6、模粒头、环氧树脂中增加散射剂与否）为获取高指向性的角分布（如图1）LED管芯地址离模粒头远些；使用圆锥状（子弹头）的模粒头；封装的环氧树脂中勿加散射剂。采纳上述措施可使LED21/2=6左右，大大提升了指向性。当前几种常用封装的散射角（21/2角）图2指向性弱（21/2大）圆形LED：5、图1指向性强（21/2小）10、30、452.2发光峰值波长及其光谱分布LED发光强度或光功率输出跟着波长变化而不一样，绘成一条分布曲线光谱分布曲线。当此曲线确立以后，器件的相关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结构造（外延层厚度、混淆杂质）等相关，
7、而与器件的几何形状、封装方式没关。以下图绘出几种由不一样化合物半导体及混淆制得LED光谱响应曲线。此中人眼感光LED光谱分布曲线1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP:N3红光GaP:Zn-O4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰p=460465nm；是绿色GaP:N的LED，发光谱峰p=550nm；是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰p=680700nm；是红外LED使用GaAs资料，发光谱峰p=910nm；是Si光电二极管，平时作光电接收用。由图可见，无论什么资料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此
8、波长叫峰值波长，用p表示。只有单色光才有p波长。谱线宽度：在LED谱线的峰值双侧处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应p-，p+之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。半高宽度反响谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40nm。主波长：有的LED发光不但是单一色，即不但有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并不是单色光。为此描述LED色度特征而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则p也就是主波长。 如GaP资料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会跟着LED长远工作，结温高升而主波长倾向长波。2.3光通量光通量F
9、是表征LED总光输出的辐射能量，它标记器件的性能好坏。F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接相关。跟着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。LED向外辐射的功率光通量与芯片资料、封装工艺水平及外加恒流源大小相关。当前单色LED的光通量最大体1lm，白光LED的F1.51.8lm（小芯片），对于1mm1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18lm。2.4发光效率和视觉矫捷度LED效率有内部效率（pn结周边由电能转变为光能的效率）与外面效率（辐射到外面的效率）。前者不过用来解析和议论芯片好坏的特征。LED光电最重要的特征是用辐射出光能量（发光量）与
10、输入电能之比，即发光效率。视觉矫捷度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉矫捷度在=555nm处有一个最大值680lm/w。若视觉矫捷度记为K，则发光能量P与可见光通量F之间关系为P=Pd；F=KPd发光效率量子效率=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）Pd若输入能量为W=UI，则发光能量效率P=P/W若光子能量hc=ev,则P，则总光通F=（F/P）P=KPW式中K=F/P流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KP它是议论拥有外封装LED特征，LED的流明效率高指在相同外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。以以下出几种常有LED流明效率（可见光发光效率）：LED
11、p资料可见光发光效率外量子效率发光颜色（nm）（lm/w）最高值均匀值700GaP:Zn-O2.41213红光660GaAlAs0.270.50.3650GaAsP0.380.50.2黄光590GaP:N-N0.450.1绿光555:N4.20.70.0150.15GaP蓝光465GaN10白光谱带GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18质量优异的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外面效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为=ice，式中i向为p、n结区少子注入效率，c为在势垒区少子与多子复合效率，为外面出光（光拿出效率）效率。因为LED资料折射
12、率很高i3.6。当芯片发出光在晶体资料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（/）2=0.3232%，鉴于晶体本n1-1）2（n1+1，反射出的占身对光有相当一部分的汲取，于是大大降低了外面出光效率。为了进一步提升外面出光效率e可采纳以下措施：用折射率较高的透明资料（环氧树脂n=1.55其实不理想）覆盖在芯片表面；把芯片晶体表面加工成半球形；用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光汲取。有人以前用n=2.42.6的低熔点玻璃成分As-S(Se)-Br(I)且热塑性大的作封帽，可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提升46倍。2.5发光明度亮度是LED发光性能又一重要参数，拥有很强方向性。其正法线方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通
