LED主要參數(shù)及電學、光學、熱學特性

LED是利用化合物材料制成pn結(jié)的光電器件。它具備pn結(jié)結(jié)型器件的電學特性：I-V特性、C-V特性和光學特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。

1、LED電學特性

1.1I-V特性表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦?，即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。

(1)正向死區(qū)：(圖oa或oa′段)a點對于V0為開啟電壓，當V

(2)正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系

IF=IS(eqVF/KT-1)-------------------------IS為反向飽和電流。

V>0時，V>VF的正向工作區(qū)IF隨VF指數(shù)上升IF=ISeqVF/KT

(3)反向死區(qū)：V0時pn結(jié)加反偏壓

V=-VR時，反向漏電流IR(V=-5V)時，GaP為0V，GaN為10uA。

(4)反向擊穿區(qū)V-VR，VR稱為反向擊穿電壓;VR電壓對應(yīng)IR為反向漏電流。當反向偏壓一直增加使V-VR時，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。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。

1.2 C-V特性

鑒于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容(零偏壓)C≈n+pf左右。

C-V特性呈二次函數(shù)關(guān)系。

1.3 最大允許功耗PFm

當流過LED的電流為IF、管壓降為UF則功率消耗為P=UF×IF

LED工作時，外加偏壓、偏流一定促使載流子復(fù)合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊?，使結(jié)溫升高。若結(jié)溫為Tj、外部環(huán)境溫度為Ta，則當Tj>Ta時，內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量(功率)，可表示為P=KT(Tj-Ta)。

1.4 響應(yīng)時間

響應(yīng)時間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。現(xiàn)有幾種顯示LCD(液晶顯示)約10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都達到10-6~10-7S(us級)。

①響應(yīng)時間從使用角度來看，就是LED點亮與熄滅所延遲的時間，即圖中tr、tf。圖中t0值很小，可忽略。

②響應(yīng)時間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。

LED的點亮時間--上升時間tr是指接通電源使發(fā)光亮度達到正常的10%開始，一直到發(fā)光亮度達到正常值的90%所經(jīng)歷的時間。

LED熄滅時間--下降時間tf是指正常發(fā)光減弱至原來的10%所經(jīng)歷的時間。

不同材料制得的LED響應(yīng)時間各不相同;如GaAs、GaAsP、GaAlAs其響應(yīng)時間10-9S，GaP為10-7S。因此它們可用在10~100MHZ高頻系統(tǒng)。

2 LED光學特性

發(fā)光二極管有紅外(非可見)與可見光兩個系列，前者可用輻射度，后者可用光度學來量度其光學特性。

2.1 發(fā)光法向光強及其角分布

2.1.1 發(fā)光強度(法向光強)是表征發(fā)光器件發(fā)光強弱的重要性能。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強指向性：位于法向方向光強最大，其與水平面交角為90°。當偏離正法向不同θ角度，光強也隨之變化。發(fā)光強度隨著不同封裝形狀而強度依賴角方向。

2.1.2 發(fā)光強度的角分布Iθ是描述LED發(fā)光在空間各個方向上光強分布。它主要取決于封裝的工藝(包括支架、模粒頭、環(huán)氧樹脂中添加散射劑與否)

⑴為獲得高指向性的角分布

①LED管芯位置離模粒頭遠些;

②使用圓錐狀(子彈頭)的模粒頭;

③封裝的環(huán)氧樹脂中勿加散射劑。

采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。

⑵當前幾種常用封裝的散射角(2θ1/2角)圓形LED：5°、10°、30°、45°

2.2 發(fā)光峰值波長及其光譜分布

⑴LED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(dǎo)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)。

下圖繪出幾種由不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得LED光譜響應(yīng)曲線。其中LED光譜分布曲線

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