LED的电学、光学指标及特性

LED的封装、检测与应用LED的电学、光学指标及特性LED的电学、光学指标及特性LED的电学特性与指标A点——开启电压VTAB段——正向工作区OC段——反向特性区(死区〕cd段——击穿区特性曲线LED的正向电压降(VF)与二极管相似波长变化晶体及结面生长的缺陷亮度变化晶体的缺陷导致声子的形成及非辐射能的耗散温度芯片的结温度会影响以上随著温度上升:•发射的光线会减弱•波长会变得更长•正向电压会下跌LED的电学、光学指标及特性电学指标

①开启电压VT。开启电压不同材料的LED点亮时的开启电压是不同的。GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。②正向工作电流IF——LED正常发光时的电流值。对于小功率LED，目前全世界一致定为20mA为正常工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片，所以IF就要根据芯片的规格来确定正向工作电流。③正向工作电压VF——通过LED正向电流在20mA时的正向电压。④反向电流IR：当反向电压VR=5V时测的IR值。

⑤LED的极限参数A、最大允许耗散功率Pmax=IFH×VFH〔Ta=25℃〕当环境温度升高，那么LED的最大允许耗散功率将会下降。B、最大允许工作电流IFM：由最大允许耗散功率来确定。要根据散热条件来确定，一般只用到最大电流IFM的60%为好。C、最大允许正向脉冲电流IFP：一般是由占空比与脉冲重复频率来确定。LED工作于脉冲状态时，可通过调节脉宽来实现亮度调节。D、反向击穿电压VR——LED的反向击穿电压一般小于10V，最大不超过15V。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。。LED的电学、光学指标及特性总电容C在规定正向偏压和规定频率下，发光二极管两端的电容。注意：LED电容随着芯片的尺寸和封装结构而不同。有的远远小于1pF，有的那么在100pF以上。当用LED作为显示器的发光单元时，LED电容直接影响由其组成的电路频率响应，要对各个LED的电容差异规定一个范围，以便统一开关时间LED的电学、光学指标及特性响应时间：表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。LED的响应时间是指通一正向电流时开始发光和熄灭的时间。〔最低和最高规定值是10％和90％〕注意：响应时间与芯片本身有关，还与外电路负载有关。不同材料制得的LED响应时间也不一样。上升响应时间：输出脉冲前沿最低规定值到最高规定值之间的时间间隔。下降响应时间：输入脉冲前沿最低规定值到输出脉冲前沿最低规定值之间的时间间隔。如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7

S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统LED的电学、光学指标及特性LED的电特性——测量方法辐射效率（辐射功率/电功率）受电流影响调制电流方式（恒流方式）特点方法10毫秒不影响温度（用于生产控制）单脉冲方式短时间重复加大电流信号，测量取平均值（结果等同与恒流方式）多重反复方式（使用复合电路）LED的电学、光学指标及特性LED的光学特性与指标光通量Φv发光效率发光强度平均光强LED的光学特性——辐射的空间分布LED的光学特性——辐射的光谱分布LED的光学特性——辐射的主波长、峰值波长、中心波长LED的光学特性——发光面和角分布LED的电学、光学指标及特性光通量光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量单位 流明(lm)符号ØLED光通量是表征LED总光输出的辐射能量。即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。它标志着器件性能的优劣，与工作电流有直接的关系。LED的电学、光学指标及特性光通量某些实际例子LED的电学、光学指标及特性发光强度由于LED的封装多用到圆柱、圆球封装，具有很强的指向性。位于法向方向光强最大，当偏离正法向不同θ角时，光强也随之变化。θ1/2最大光强中心线θ1/2最大光强中心线LED的电学、光学指标及特性某些实际例子发光强度LED的电学、光学指标及特性平均光强平均光强表征LED的发光强弱。即照射在离LED一定距离处的光探测器上的光通量与由探测器所构成的立体角的比值。标准条件A远场316mm2°标准条件B近场100mm6.5°LED的电学、光学指标及特性LED的光学特性——辐射的空间分布

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的形式。因为，封装内可能带有内部反射杯、透镜以及一些散射和滤色材料。LED的电学、光学指标及特性LED的光学特性——辐射的光谱分布

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材料，发光谱峰λp=910nm；

⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。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。LED的电学、光学指标及特性LED的光学特性——辐射的主波长

峰值波长

中心波长主波长：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，那么λd也就是主波长。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。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LED的电学、光学指标及特性LED的光学特性——发光面和角分布发光效率----辐射出光能量〔发光量〕与输入电能之比。LED光电最重要的特性LED效率有内部效率〔pn结附近由电能转化成光能的效率〕与外部效率〔辐射到外部的效率〕。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。流明效率：〔LED的光通量F/外加耗电功率W〕=KηP

它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。几种常见LED流明效率〔可见光发光效率〕：LED发光颜色λp（nm）材料可见光发光效率（lm/w）外量子效率最高值%平均值%红光700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2黄光590GaP:N-N0.450.1绿光555GaP:N4.20.70.015~0.15蓝光465GaN10白光谱带GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18Kλ：视觉灵敏度优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高ηP：发光能量效率LED电----光转换效率由于LED材料折射率很高ni≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时〔无环氧封装〕假设垂直入射，被空气反射，反射率为〔ni-1〕2/〔ni+1〕2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一局部的吸收，于是大大降低了外部出光效率。LED有三种不同的光损失机制◆由于材料本身的吸收而产生损失◆菲涅耳〔Fresnel〕损失当光从折射率为n1的某一物质到折射率为n2的另一物质时，一局部的光会被反射回去，这种损失称作菲涅耳损失。◆全反射角〔CriticalAngle〕损失

由于斯涅耳定律的关系n1sinθ1=n2sinθ2小于临界角；θc内的光可以完成被射出，其他的光那么被反射回内部或吸收如果n1=3.4，n2=1，那么θc=17°，如图1(a)、1(b)所示，所以只有在顶角为2θc的圆锥体内的光才可以被放出，其他的光被反射回去。也就是说，只有2θc=34°圆锥体〔Cone〕中的光可“脱逃”至空气中

。提高外部出光效率可采取以下措施：

为了减少临界角损失，设想一种方法就是将半导体做成球形，当然这不合实际，另一种方法是做成半圆形圆顶〔SemisphericalDome〕，但是会增加本钱。如果用一个半圆形透镜，透镜的折射率和半导体相同可