LED主要參數(shù)與特征LED是利用化合物資料制成pn結(jié)的光電器件。它具備pn結(jié)結(jié)型器件的電學特征：I-V特征、C-V特征和光學特征：光譜響應(yīng)特征、發(fā)光光強指向特征、時間特征以及熱學特征。1、LED電學特征1.1I-V特征表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特征擁有非線性、整流性質(zhì)：單導游電性，即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。個人采集整理勿做商業(yè)用途I′如左圖：IF(1)正向死區(qū)：（圖oa或oa′段）a點對VR0′于V0為開啟電壓，當V＜Va，外加電場擊反向死區(qū)工作區(qū)VFV尚戰(zhàn)勝許多因載流穿正向死區(qū)區(qū)子擴散而形成勢壘IR電場，此時R很大；圖I-V特征曲線開啟電壓關(guān)于不一樣LED其值不一樣，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。個人收集整理勿做商業(yè)用途（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。個人采集整理勿做商業(yè)用途V＞0時，V＞VF的正向工作區(qū)IF隨VF指數(shù)上漲IF=ISeqVF/KT（3）反向死區(qū)：V＜0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。當反向偏壓向來增添使V＜-VR時，則出現(xiàn)IR忽然增添而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。因為所用化合物資料種類不一樣，各樣LED的反向擊穿電壓VR也不一樣。個人采集整理勿做商業(yè)用途C1.2C-V特征C基于LED的芯片有9×9mil(25000′×250um)，10×10mil，11×11mil(280C×280um)，12×12mil(300×300um)，V故pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容（零偏壓）C≈n+pf左右。個人采集整理勿圖2LEDC-V特征曲線1/7做商業(yè)用途C-V特征呈二次函數(shù)關(guān)系（如圖2）。由1MHZ溝通信號用C-V特征測試儀測得。1.3最大同意功耗PFm當流過LED的電流為IF、管壓降為UF則功率耗費為P=UF×IFLED工作時，外加偏壓、偏流必定促進載流子復合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊幔菇Y(jié)溫高升。若結(jié)溫為Tj、外面環(huán)境溫度為Ta，則當Tj＞Ta時，內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱，閑逸熱量（功率），可表示為P=KT（Tj–Ta）。個人采集整理勿做商業(yè)用途1.4響應(yīng)時間響應(yīng)時間表征某一顯示器追蹤外面信息變化的快慢?，F(xiàn)有幾種顯示LCD（液晶-3-5，、、-6-7顯示）約10LED都達到10~10S（us級）。個人采集整理勿做商業(yè)用途①響應(yīng)時間從使用角度來看，就是LED點亮與熄滅所延緩的時間，即圖中tr、tf。圖IF中t0值很小，可忽略。個人采集整理勿做商業(yè)用途②響應(yīng)時間主要相對亮度取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。LED的點亮時間——上漲時間tr是指接通電源使發(fā)光明度達到正常的10%開始，向來到發(fā)光明度達到正常值的90%所經(jīng)歷的時間。個人采集整理勿做商業(yè)用途LED熄滅時間——降落時間tf是指正常發(fā)光減弱至本來的10%所經(jīng)歷的時間。不一樣資料制得的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。所以它們可用在10~100MHZ高頻系統(tǒng)。個人采集整理勿做商業(yè)用途LED光學特征發(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征。2.1發(fā)光法向光強及其角分布Iθ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大批應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，因為凸面鏡的作用，故都擁有很強指向性：位于法向方向光強最大，其與水平面交角為90°。當偏離正法向不一樣θ角度，光強也隨之變化。發(fā)光強度2/7跟著不一樣封裝形狀而強度依靠角方向。個人采集整理勿做商業(yè)用途發(fā)光強度的角分布Iθ是描繪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（包含支架、模粒頭、環(huán)氧樹脂中增添散射劑與否）個人采集整理勿做商業(yè)用途⑴為獲取高指向性的角分布（如圖1）①LED管芯地點離模粒頭遠些；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。采納上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，圖2指向性弱（2θ1/2大）大大提升了指向性。圖1指向性強（2θ1/2?。颇壳皫追N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LED發(fā)光強度或光功率輸出跟著波長變化而不一樣，繪成一條分布曲線——光譜分布曲線。當此曲線確立以后，器件的有關(guān)主波長、純度等有關(guān)色度學參數(shù)亦隨之而定。個人采集整理勿做商業(yè)用途LED的光譜分布與制備所用化合物半導體種類、性質(zhì)及pn結(jié)構(gòu)造（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?jīng)]關(guān)。個人采集整理勿做商業(yè)用途以下圖繪出幾種由不一樣化合物半導體及混雜制得LED光譜響應(yīng)曲線。此中人眼感光LED光譜分布曲線1藍光InGaN/GaN2綠光GaP:N3紅光GaP:Zn-O3/74紅外GaAs5Si光敏光電管6標準鎢絲燈①是藍色InGaN/GaN發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰λp=460～465nm；②是綠色GaP:N的LED，發(fā)光譜峰λp=550nm；③是紅色GaP:Zn-O的LED，發(fā)光譜峰λp=680～700nm；④是紅外LED使用GaAs資料，發(fā)光譜峰λp=910nm；⑤是Si光電二極管，平常作光電接收用。由圖可見，不論什么資料制成的LED，都有一個相對光強度最強處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個波長，此波長叫峰值波長，用λp表示。只有單色光才有λp波長。個人采集整理勿做商業(yè)用途⑵譜線寬度：在LED譜線的峰值雙側(cè)±△λ處，存在兩個光強等于峰值（最大光強度）一半的點，此兩點分別對應(yīng)λp-△λ，λp+△λ之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。個人采集整理勿做商業(yè)用途半高寬度反應(yīng)譜線寬窄，即LED單色性的參數(shù)，LED半寬小于40nm。⑶主波長：有的LED發(fā)光不但是單調(diào)色，即不但有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并不是單色光。為此描繪LED色度特征而引入主波長。主波長就是人眼所能觀察到的，由LED發(fā)出主要單色光的波長。單色性越好，則λp也就是主波長。個人采集整理勿做商業(yè)用途如GaP資料可發(fā)出多個峰值波長，而主波長只有一個，它會跟著LED長久工作，結(jié)溫高升而主波長傾向長波。2.3光通量光通量F是表征LED總光輸出的輻射能量，它標記器件的性能好壞。F為LED向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。跟著電流增添，LED光通量隨之增大?？梢姽釲ED的光通量單位為流明（lm）。個人采集整理勿做商業(yè)用途LED向外輻射的功率——光通量與芯片資料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。目前單色LED的光通量最大概1lm，白光LED的F≈1.5~1.8lm（小芯片），關(guān)于1mm×1mm的功率級芯片制成白光LED，其F=18lm。個人采集整理勿做商業(yè)用途2.4發(fā)光效率和視覺敏捷度LED效率有內(nèi)部效率（pn結(jié)周邊由電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿男剩┡c外面效率（輻射到外面的效率）。前者不過用來分析和議論芯片好壞的特征。個人采集整理勿做商業(yè)用途LED光電最重要的特征是用輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比，即發(fā)光效率。②視覺敏捷度是使用照明與光度學中一些參量。人的視覺敏捷度在λ=555nm處有一個最大值680lm/w。若視覺敏捷度記為Kλ，則發(fā)光能量P與可見光通量F之間關(guān)系為P=∫Pλdλ；F=∫KλPλdλ個人采集整理勿做商業(yè)用途發(fā)光效率——量子效率η=發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù)=（e/hcI）∫λPλdλ若輸入能量為W=UI，則發(fā)光能量效率ηP=P/W4/7若光子能量hc=ev,則η≈ηP，則總光通F=（F/P）P=KηPW式中K=F/P④流明效率：LED的光通量F/外加耗電功率W=KηP它是議論擁有外封裝LED特征，LED的流明效率高指在相同外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發(fā)光效率。個人采集整理勿做商業(yè)用途以以下出幾種常有LED流明效率（可見光發(fā)光效率）：LEDλp資料可見光發(fā)光效率外量子效率發(fā)光顏色（nm）（lm/w）最高值均勻值700GaP:Zn-O2.4121~3紅光660GaAlAs0.270.50.3650GaAsP0.380.50.2黃光590GaP:N-N0.450.1綠光555GaP:N4.20.70.015~0.15藍光465GaN10白光譜帶GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18質(zhì)量優(yōu)秀的LED要求向外輻射的光能量大，向外發(fā)出的光盡可能多，即外面效率要高。事實上，LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分，總的發(fā)光效率應(yīng)為個人采集整理勿做商業(yè)用途=ηiηcηe，式中ηi向為p、n結(jié)區(qū)少子注入效率，ηc為在勢壘區(qū)少子與多子復合效率，ηe為外面出光（光拿出效率）效率。個人采集整理勿做商業(yè)用途因為LED資料折射率很高ηi≈3.6。當芯片發(fā)出光在晶體資料與空氣界面時（無環(huán)氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，基于晶體自己對光有相當一部分的汲取，于是大大降低了外面出光效率。個人采集整理勿做商業(yè)用途為了進一步提升外面出光效率ηe可采納以下措施：①用折射率較高的透明資料（環(huán)氧樹脂n=1.55其實不理想）覆蓋在芯片表面；②把芯片晶體表面加工成半球形；個人采集整理勿做商業(yè)用途③用Eg大的化合物半導體作襯底以減少晶體內(nèi)光汲取。有人以前用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且熱塑性大的作封帽，可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提升4~6倍。個人采集整理勿做商業(yè)用途2.5發(fā)光明度亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù)，擁有很強方向性。其正法線方向的亮度5/7BO=IO/A，指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量，單位為cd/m2或Nit。個人采集整理勿做商業(yè)用途若光源表面是理想漫反射面，GaP:N亮度BO與方向沒關(guān)為常數(shù)。明朗的GaP:Zn-O藍天和熒光燈的表面亮度約為7000Nit（尼特），從地面看太陽表面亮度約為14×108Nit。個人采集整理勿做A/cm商業(yè)用途LED亮度與外加電流密度有關(guān)，一般的LED，JO（電流密度）增添BO也近似增大。其他，亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高升，ηc（復合效率）降落，BO減小。當環(huán)境溫度不變，電流增大足以惹起pn結(jié)結(jié)溫高升，溫升后，亮度呈飽和狀態(tài)。個人采集整理勿做商業(yè)用途2.6壽命老化：LED發(fā)光明度跟著長時間工作而出現(xiàn)光強或光明度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān)，可描繪為Bt=BOe-t/τ，Bt為t時間后的亮度，BO為初始亮度。個人采集整理勿做商業(yè)用途平常把亮度降到Bt=1/2BO所經(jīng)歷的時間t稱為二極管的壽命。測定t要花很長的時間，平常以計算求得壽命。丈量方法：34給LED通以必定恒流源，點燃10~10小時后，先后測得BO，-t/Bt=1000~10000，代入Bt=BOeτ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出壽命t。個人采集整理勿做商業(yè)用途6長久以來總以為LED壽命為10小時，這是指單個LED在IF=20mA下。跟著功率型LED開發(fā)應(yīng)用，外國學者以為以個人采集整理勿做商業(yè)用途熱學特征LED的光學參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF＜10mA，或許10~20mA長時間連續(xù)點亮LED溫升不顯然。若環(huán)境溫度較高