LED的电学、光学及热学特性.docx

LED的电学、光学及热学特性

LED照明网

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＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同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

IF=IS(eqVF/KT–1)-------------------------IS为反向饱和电流。

V＞0时，V＞VF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT

（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PFm

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）。

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佈Iθ

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。发光强度的角分佈Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分佈。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）

B.发光峰值波长及其光谱分佈

LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分佈曲线——光谱分佈曲线。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的光谱分佈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。

C.LED光谱分佈曲线

1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP:N3红光GaP:Zn-O

4红外GaAs5Si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，无论什麼材料制成的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40nm。

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，