LED的電學、光學指標及特性

LED的封裝、檢測與應(yīng)用LED的電學、光學指標及特性LED的電學、光學指標及特性LED的電學特性與指標A點——開啟電壓VTAB段——正向工作區(qū)OC段——反向特性區(qū)(死區(qū)〕cd段——擊穿區(qū)特性曲線LED的正向電壓降(VF)與二極管相似波長變化晶體及結(jié)面生長的缺陷亮度變化晶體的缺陷導致聲子的形成及非輻射能的耗散溫度芯片的結(jié)溫度會影響以上隨著溫度上升:?發(fā)射的光線會減弱?波長會變得更長?正向電壓會下跌LED的電學、光學指標及特性電學指標

①開啟電壓VT。開啟電壓不同材料的LED點亮時的開啟電壓是不同的。GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。②正向工作電流IF——LED正常發(fā)光時的電流值。對于小功率LED，目前全世界一致定為20mA為正常工作電流。但目前出現(xiàn)了大功率LED的芯片，所以IF就要根據(jù)芯片的規(guī)格來確定正向工作電流。③正向工作電壓VF——通過LED正向電流在20mA時的正向電壓。④反向電流IR：當反向電壓VR=5V時測的IR值。

⑤LED的極限參數(shù)A、最大允許耗散功率Pmax=IFH×VFH〔Ta=25℃〕當環(huán)境溫度升高，那么LED的最大允許耗散功率將會下降。B、最大允許工作電流IFM：由最大允許耗散功率來確定。要根據(jù)散熱條件來確定，一般只用到最大電流IFM的60%為好。C、最大允許正向脈沖電流IFP：一般是由占空比與脈沖重復頻率來確定。LED工作于脈沖狀態(tài)時，可通過調(diào)節(jié)脈寬來實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)。D、反向擊穿電壓VR——LED的反向擊穿電壓一般小于10V，最大不超過15V。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。。LED的電學、光學指標及特性總電容C在規(guī)定正向偏壓和規(guī)定頻率下，發(fā)光二極管兩端的電容。注意：LED電容隨著芯片的尺寸和封裝結(jié)構(gòu)而不同。有的遠遠小于1pF，有的那么在100pF以上。當用LED作為顯示器的發(fā)光單元時，LED電容直接影響由其組成的電路頻率響應(yīng)，要對各個LED的電容差異規(guī)定一個范圍，以便統(tǒng)一開關(guān)時間LED的電學、光學指標及特性響應(yīng)時間：表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。LED的響應(yīng)時間是指通一正向電流時開始發(fā)光和熄滅的時間?！沧畹秃妥罡咭?guī)定值是10％和90％〕注意：響應(yīng)時間與芯片本身有關(guān)，還與外電路負載有關(guān)。不同材料制得的LED響應(yīng)時間也不一樣。上升響應(yīng)時間：輸出脈沖前沿最低規(guī)定值到最高規(guī)定值之間的時間間隔。下降響應(yīng)時間：輸入脈沖前沿最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最低規(guī)定值之間的時間間隔。如GaAs、GaAsP、GaAlAs其響應(yīng)時間＜10-9S，GaP為10-7

S。因此它們可用在10~100MHZ高頻系統(tǒng)LED的電學、光學指標及特性LED的電特性——測量方法輻射效率（輻射功率/電功率）受電流影響調(diào)制電流方式（恒流方式）特點方法10毫秒不影響溫度（用于生產(chǎn)控制）單脈沖方式短時間重復加大電流信號，測量取平均值（結(jié)果等同與恒流方式）多重反復方式（使用復合電路）LED的電學、光學指標及特性LED的光學特性與指標光通量Φv發(fā)光效率發(fā)光強度平均光強LED的光學特性——輻射的空間分布LED的光學特性——輻射的光譜分布LED的光學特性——輻射的主波長、峰值波長、中心波長LED的光學特性——發(fā)光面和角分布LED的電學、光學指標及特性光通量光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光量稱為光源光通量單位 流明(lm)符號?LED光通量是表征LED總光輸出的輻射能量。即通過發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時，器件光學窗口發(fā)射的光通量。它標志著器件性能的優(yōu)劣，與工作電流有直接的關(guān)系。LED的電學、光學指標及特性光通量某些實際例子LED的電學、光學指標及特性發(fā)光強度由于LED的封裝多用到圓柱、圓球封裝，具有很強的指向性。位于法向方向光強最大，當偏離正法向不同θ角時，光強也隨之變化。θ1/2最大光強中心線θ1/2最大光強中心線LED的電學、光學指標及特性某些實際例子發(fā)光強度LED的電學、光學指標及特性平均光強平均光強表征LED的發(fā)光強弱。即照射在離LED一定距離處的光探測器上的光通量與由探測器所構(gòu)成的立體角的比值。標準條件A遠場316mm2°標準條件B近場100mm6.5°LED的電學、光學指標及特性LED的光學特性——輻射的空間分布

空間分布不均勻。LED輻射的空間特性取決于封裝半導體芯片的形式。因為，封裝內(nèi)可能帶有內(nèi)部反射杯、透鏡以及一些散射和濾色材料。LED的電學、光學指標及特性LED的光學特性——輻射的光譜分布

1藍光InGaN/GaN2綠光GaP:N3紅光GaP:Zn-O4紅外GaAs5Si光敏光電管6標準鎢絲燈①是藍色InGaN/GaN發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰λp=460～465nm；

②是綠色GaP:N的LED，發(fā)光譜峰λp=550nm；

③是紅色GaP:Zn-O的LED，發(fā)光譜峰λp=680～700nm；

④是紅外LED使用GaAs材料，發(fā)光譜峰λp=910nm；

⑤是Si光電二極管，通常作光電接收用。LED發(fā)光強度或光功率輸出隨著波長變化而不同，繪成一條分布曲線——光譜分布曲線。當此曲線確定之后，器件的有關(guān)主波長、純度等相關(guān)色度學參數(shù)亦隨之而定。LED的光譜分布與制備所用化合物半導體種類、性質(zhì)及pn結(jié)結(jié)構(gòu)〔外延層厚度、摻雜雜質(zhì)〕等有關(guān)，而與器件的幾何形狀、封裝方式無關(guān)。LED的電學、光學指標及特性LED的光學特性——輻射的主波長

峰值波長

中心波長主波長：有的LED發(fā)光不單是單一色，即不僅有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長。主波長就是人眼所能觀察到的，由LED發(fā)出主要單色光的波長。單色性越好，那么λd也就是主波長。LED光輻射光譜分布有其獨特的一面。它不是單色光〔如激光〕，也不是寬光譜輻射〔如白熾燈〕，而是介于兩者之間：有幾十納米的帶寬、峰值波長位于可見光或近紅外區(qū)域。譜線寬度：在LED譜線的峰值兩側(cè)±△λ處，存在兩個光強等于峰值〔最大光強度〕一半的點，此兩點分別對應(yīng)λp-△λ，λp+△λ之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。

半高寬度LED的電學、光學指標及特性LED的光學特性——發(fā)光面和角分布發(fā)光效率----輻射出光能量〔發(fā)光量〕與輸入電能之比。LED光電最重要的特性LED效率有內(nèi)部效率〔pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率〕與外部效率〔輻射到外部的效率〕。前者只是用來分析和評價芯片優(yōu)劣的特性。流明效率：〔LED的光通量F/外加耗電功率W〕=KηP

它是評價具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發(fā)光效率。幾種常見LED流明效率〔可見光發(fā)光效率〕：LED發(fā)光顏色λp（nm）材料可見光發(fā)光效率（lm/w）外量子效率最高值%平均值%紅光700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2黃光590GaP:N-N0.450.1綠光555GaP:N4.20.70.015~0.15藍光465GaN10白光譜帶GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18Kλ：視覺靈敏度優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發(fā)出的光盡可能多，即外部效率要高ηP：發(fā)光能量效率LED電----光轉(zhuǎn)換效率由于LED材料折射率很高ni≈3.6。當芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時〔無環(huán)氧封裝〕假設(shè)垂直入射，被空氣反射，反射率為〔ni-1〕2/〔ni+1〕2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對光有相當一局部的吸收，于是大大降低了外部出光效率。LED有三種不同的光損失機制◆由于材料本身的吸收而產(chǎn)生損失◆菲涅耳〔Fresnel〕損失當光從折射率為n1的某一物質(zhì)到折射率為n2的另一物質(zhì)時，一局部的光會被反射回去，這種損失稱作菲涅耳損失。◆全反射角〔CriticalAngle〕損失

由于斯涅耳定律的關(guān)系n1sinθ1=n2sinθ2小于臨界角；θc內(nèi)的光可以完成被射出，其他的光那么被反射回內(nèi)部或吸收如果n1=3.4，n2=1，那么θc=17°，如圖1(a)、1(b)所示，所以只有在頂角為2θc的圓錐體內(nèi)的光才可以被放出，其他的光被反射回去。也就是說，只有2θc=34°圓錐體〔Cone〕中的光可“脫逃”至空氣中

。提高外部出光效率可采取以下措施：

為了減少臨界角損失，設(shè)想一種方法就是將半導體做成球形，當然這不合實際，另一種方法是做成半圓形圓頂〔SemisphericalDome〕，但是會增加本錢。如果用一個半圓形透鏡，透鏡的折射率和半導體相同可