LED 光电参数定义及详解.doc

LED 光电参数定义及其详解 2.1 LED 发光原理 LED 的实质性结构是半导体 PN 结，核心部分由 P 型半导体和 N 型半导体 组成的晶片，在 P 型半导体和 N 型半导体之间有一个过渡层，称为 PN 结。其发 光原理可以用 PN 结的能带结构来做解释。制作半导体发光二极管的半导体材料 是重掺杂的，热平衡状态下的 N 区有很多迁移率很高的电子，P 区有较多的迁移 率较低的空穴。在常态下及 PN 结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合，而当 给 PN 结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因 此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了 PN 结动态平衡，产生少数载流子的 电注入[16]。空穴从 P 区注入 N 区，同样电子从 N 区注入到 P 区，注入的少数载 流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去。 2.2 可见光谱 光是一定波长范围内的一种电磁辐射。电磁辐射的波长范围很广，最短的如 宇宙射线，其波长只有千兆兆分之几米(10-14-10-15m)，最长的如交流电，其波长 可达数千公里。在电磁辐射范围内，只有波长为 380nm 到 780nm 的电磁辐射能 够引起人的视觉，这段波长叫做可见光谱，如图 2-1 所示。 图 2-1 电磁辐射波谱 图 2-1 中所标数均以基本单位表示，即频率为赫兹(Hz)，波长为米(m)。 由于使用上述单位时，波长的数值太大，有必要使用更小的单位来度量可见光谱 的波长，由此采用了标准毫微米(又称纳米，符号为 nm)，此处 1nm=10-9m。人  眼能起视觉反映的最长和最短波长 780nm 和 380nm，它们分别处在光谱的红色 端与紫色端。 在电磁辐射范围内，还有紫外线、x 射线、γ 射线以及红外线、无线电波等。 可见光、紫外线和红外线是原子与分子的发光辐射，称为光学辐射。X 射线、γ 射线等是激发原子内部的电子所产生的辐射，称为核子辐射。电振动产生的电磁 辐射称为无线电波。对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐射称为可见 辐射；不能为眼睛感受，也不产生视觉的光学辐射称为不可见辐射。因而，光学 辐射可进一步分为可见辐射和不可见辐射。来自外界的可见辐射刺激人的视觉器 官，在脑中产生光、颜色、形状等视觉印象，而获得对外界的认识。不可见辐射 刺激眼睛时不能产生视觉，而作用在皮肤上有时会产生其它感觉，如紫外线产生 疼痛感觉，红外线产生灼热感觉。严格地说，只有那种能够被眼睛感觉到的、并 产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光，简称光。本文所指的光也就是这个 定义上的光。 2.3 LED 发光器件光度学参数的测量[17] [18][19] 相关光度学与辐射度学参数有： 1.光通量 Φv(Luminous Flux)： 通过发光二极管的正向电流为规定值时，器 件光学窗口发射的光通量。 2.发光强度 Iv(Luminous Intensity)：光源在单位立体角内发射的光通量，可 表示为 IV=dΦ/dΩ。 3.相对光谱能量(功率)分布 P( ? )(Relative Spectral Distributions)： 在光辐射 波长范围内，各个波长的辐射能量分布情况。 4.峰值发射波长 ? p(Peak-emission Wavelength)：光谱辐射功率最大的值所对 应的波长。 5.光谱半波宽 Δ ? (Full Width Half Maximum，FWHM)：峰值发射波长的辐射 功率的 1/2 所对应两波长的间隔。 2.3.1 LED 光通量 在辐射度学上，LED 辐射通量 ? E用来衡量发光二极管在单位时间内发射的 总的电磁功率，单位是 W(瓦)。它通常表示 LED 在空间 4π 度范围内，每秒钟所 发出的功率。LED 光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通 量 ? V，单位是流明(lm)，与辐射通量的概念类似，它是 LED 光源向整个空间在 单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。但要考虑人眼对不同波长的可见 光的光感觉是不同的，国际照明委员会(CIE)为人眼对不同波长单色光的灵敏度 作了总结，在明视觉条件(亮度为 3cd/m2 以上)下，归结出人眼标准光度观测者光  谱光效率函数 V( ? )，它在 555nm 上有最大值，此时 1W 辐射通量等于 683lm， 如图 2-2 所示，其中 V’( ? )为暗视觉条件(亮度为 0.001cd/m2 以下)下的光谱光视 效率。 V (?） V (?) 图 2-2 明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数 明视觉条件下，辐射量向光通量的转化表达式可以表示为： ? ＝ V