LED主要参数及电学、光学、热学特性.doc

LED主要参数及电学、光学、热学特性 LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性:I-V特性、C-V特性和光学特性:光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。 1、LED电学特性 1.1I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质:单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。如左图: (1)正向死区:(图oa或oa′段)a点对于V0为开启电压，当VVa，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大;开启电压对于不同LED其值不同，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/KT–1)---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。当反向偏压一直增加使V-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。 1.2C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容(零偏压)C≈n+pf左右。C-V特性呈二次函数关系(如图2)。由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。 1.3最大允许功耗PFm 当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一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、外部环境温度为Ta，则当TjTa时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量(功率)，可表示为P=KT(Tj–Ta)。 1.4响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD(液晶显示)约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S(us级)。 ①响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr、tf。图中t0值很小，可忽略。 ②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10-9S，GaP为10-7S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统。 2LED光学特性 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性。 2.1发光法向光强及其角分布Iθ 2.1.1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大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性:位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。 2.1.2发光强度的角分布Iθ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(包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否) ⑴为获得高指向性的角分布(如图1) ①LED管芯位置离模粒头远些;②使用圆锥状(子弹头)的模粒头;③封装的环氧树脂中勿加散射剂。采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。 ⑵当前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)圆形LED:5°、10°、30°、45° 2.2发光峰值波长及其光谱分布 ⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线--光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、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结结构(外延层厚度、掺杂杂质)等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。 下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中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①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460~465nm;②是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp=550nm;③是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp=680~700nm;④是红外LED使用GaAs