发光二极管主要参数与特性

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1、LED主要参数与特性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：I(1)正向死区：（图IF′oa或oa′段）a点对于V0为开启电压，VR0′当V＜Va，外加电场VFV尚克服不少因载流击反向死区工作区穿正向死区子扩散而形成势垒区电场，此时R很大；IR开启电压对于不同图I-

2、V特性曲线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qVF/KTIF=IS(e–1)-------------------------IS为反向饱和电流。qVF/KTV＞0时，V＞VF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISe（3）反向死区：V＜0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

3、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。C1.2C-V特性C0鉴于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280C0′×280um)，12×12mil(300×300um)，V故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。图2LEDC-V特性曲线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

4、，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Tj＞Ta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-3-5-6-7显示）约10~10S，CRT、PDP、LED都达到10~10S（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IF中t0值很小，可忽略。②响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容相对亮度及电路阻抗。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

5、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-9-7＜10S，GaP为10S。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Iθ2.1.1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

6、：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，图1指向性强（2θ1/2大）大大提高了指向性。图2指向性弱（2θ1/2小）⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：

7、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。其中人眼感光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

8、光谱峰λp=460～46