LED的电学特性 光学特性及热学特性.doc

LED的电学特性 光学特性及热学特性 LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱回应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。 LED电学特性 A. I-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。 (1) 正向死区：(图oa或oa′段)a点对于V0 为开启电压,当V (2)正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系 IF = IS (e qVF/KT ?C1) -------------------------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 = IS e qVF/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。 B . C-V特性 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。 C.最大允许功耗PF m 当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF LED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 ?C Ta)。 D.回应时间 回应时间表征某一显示器跟踪外部资讯变化的快慢。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)。 LED光学特性 发光二极体有红外(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。 A.发光法向光强及其角分?焉θ 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。发光强度的角分?焉θ是描述LED发光在空间各个方向上光强分?选Ｋ?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) B.发光峰值波长及其光谱分?? LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同,绘成一条分?亚?线——光谱分?亚?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?延胫票杆?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。 C. LED 光谱分?亚?线 1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O 4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯 ① 是蓝色InGaN/GaN发光二极体,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材料,发光谱峰λp = 910nm; ⑤ 是Si光电二极体,通常作光电接收用。 由图可见,无论什?N材料制成的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,此波长叫峰值波长,用λp表示。只有单色光才有λp波长。 谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ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λp-△λ,λp+△λ之间宽度叫谱线宽度,也称半功率宽度或半高宽度。 半高宽度反映谱线宽窄,即LED单色性的参数,LED半宽小于40 nm。 主波长：有的LED发光不单是单一色,即不仅有一个峰值波长;甚至有多个峰值,并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。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λp也就是主波长。 如GaP材料可发出多个峰值波长,而主波长只有一个,它会随着LED长期工作,结温升高而主波长偏向长波。 D.光通量 光通量F是表征LED总光输出的辐射能量,它标志器件的性能优劣。F为LED向各个方向发光