【2017年整理】LED发光原理及牲.ppt

第二章 LED的发光原理 及特牲  LED的发光原理 LED的光、色、电特性 LED的种类 LED的特点 白光LED的实现 LED是“light emitting diode”的英文缩写。 中文名:发光二极管。 LED是一种将电能转换为光能的固体电致发光(EL) 半导体器件。 LED实质性核心结构是由元素谱中的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成的p-n结。 物体的 发光方式 LED发光原理图 目前发光二极管用的都是直接带隙材料 直接带隙材料中，电子与空穴复合时，其发光跃迁（Radiative Transition）有以下可能性： LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。 当LED两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极时，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光。 各种颜色光的波长 光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即  λ≈1240/Eg（mm） 电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg。 Eg越大，所发出的光子波长就越短，颜色就会蓝移。反之， Eg越小，所发出的光子波长就越长，颜色就会红移。 若要产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应该在1.59～3.26 eV之间。 在此能量范围之内，带隙为直接带的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料只有GaN、 GaP等少数材料，也可以利用Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族二元化合物组成新的三元或四元Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族固溶体，通过改变固溶体的组分来改变禁带宽度与带隙类型。 光的颜色与芯片的材料有关系。 材料不一样，电子和空穴复合的能量不一样，发出的光也不一样。 红、黄光芯片的主要材料：AlGaInP、 GaAlAs 蓝、绿光芯片的主要材料：GaN、 InGaN ? LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的特性： （1）电学特性 （2）光学特性 （3）热学特性 电学特性 LED的伏-安（I-V）特性 （1） LED的伏-安（I-V）特性是流过芯片PN结电流随施加到PN结两端上电压变化的特性，它是衡量PN结性能的主要参数，是PN结制作优劣的重要标志。 （2）LED具有单向导电性和非线性特性。 对LED较为重要的电学参数 开启电压UON 正向电流IF 正向电压VF 反向电压VR LED的电容一般包括PN结结电容和内引线分布电容等在内的总电容,PN结电容占主要地位。 鉴于LED 的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，及封装结构的不同，电容量也不同，有的远小于1PF，有的则达100PF以上。 C-V 特性呈二次函数关系。由1MHZ 交流信号用C-V 特性测试仪测得。 响应时间 LED响应时间是指：通一正向电流时开始发光和熄灭所延迟时间，标志LED反应速度。 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——上升时间tr 是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。 LED 熄灭时间——下降时间tf 是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。 不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响应时间小于10-9S。因此它们可用在10~100MHZ 的高频系统中。???????????????  允许功耗P 当流过LED的电流为IF、管压降为UF ，那么，LED的实际功率消耗P为： P=UF×IF LED工作时，外加偏压、偏流一部分促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。 　若结温大于外部环境温度时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量。 　为保证LED安全工作，应该保证实际功率在最大允许功耗范围内。 LED发光强度的空间分布 发光强度的空间分布又叫配光曲线。 空间分布不均匀 LED辐射的空间特性取决于封装半导体芯片结构及封装形式。 封装好的LED内可能带有内部反射杯、透镜以及一些散射和滤色材料。 光谱特性 LED光辐射光谱分布有其独特的一面。它不是单色光（如激光），也不是宽光谱辐射（如白炽灯），而是介于两者之间：有几十纳米的带宽、峰值波长位于可见光或近红外区域。 LED的波长分布有的不对称，有的则有很好的对称性，具体取决于L