1、發光二極管主要參數與特性WWW.LEDZX.COMWWW.LEDZX.COM 布日期：2007-2-517:12:17 信息來源：LED發光二極管主要參數與特性LED 是利用化合物材料制成 pn 結的光電器件。它具備 pn 結結型器件的電學特性：I-V 特性、C-V 特性和光學特性：光譜響應特性、發光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。1、LED 電學特性1.1 I-V 特性表征 LED 芯片 pn 結制備性能主要參數。LED 的 I-V 特性具有非線性、整流性質：單向導電性，即外加正偏壓表現低接觸電阻，反之為高接觸電阻。如左圖：(1)正向死區：(圖 oa 或 oa段)a 點對于 V。為開啟電

2、壓，當 V0 時，VVF的正向工作區 IF隨 VF指數上升 IF=IseqVF/KT(3)反向死區：V0 時 pn 結加反偏壓V=-VR時，反向漏電流 IR(V=-5V)時，GaP 為 0V,GaN 為 10uA。(4)反向擊穿區 V-VR,VR稱為反向擊穿電壓；VR電壓對應 IR為反向漏電流。當反向偏壓一直增加使 VTa 時，內部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量(功率)，可表示為 P=KT(TjTa)o1.4 響應時間響應時間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。現有幾種顯示 LCD(液晶顯示)約 10-310-5S,CRTPDRLED 者 B 達至 ij10-6-10-7S(us 級)。3.

3、%2響應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。4.%2 響應時間主要取決于載流子壽命、器件的結電容及電路阻抗。LED 的點亮時間一一上升時間 tr是指接通電源使發光亮度達到正常的 10%F 始，一直到發光亮度達到正常值的 90%所經歷的時間。LED 熄滅時間一一下降時間 tf是指正常發光減弱至原來的 10 幀經歷的時間。不同材料制得的 LED 響應時間各不相同； 如 GaAs、 GaAsRGaAlAs 其響應時間10-9S,GaP 為 10-7So 因此它們可用在 10100Mhi高頻系統。2LED 光學特性發光二極管有紅外（非

4、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。發光法向光強及其角分布 Ia發光強度（法向光強）是表征發光器件發光強弱的重要性能。LED 大量應用要求是圓柱、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e角度，光強也隨之變化。發光強度隨著不同封裝形狀而強度依賴角方向。發光強度的角分布Ie是描述 LED 發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、環氧樹脂中添加散射劑與否）為獲得高指向性的角分布（如圖 1）LED 管芯位置離模粒頭遠些；使用圓錐狀（子彈頭）的模粒頭；封裝的環氧樹脂

5、中勿加散射劑。采取上述措施可使 LED201/2=6左右，大大提高了指向性。當前幾種常用封裝的散射角（201/2 角）圓形 LED:5、10、30、452.2 發光峰值波長及其光譜分布LED 發光強度或光功率輸出隨著波長變化而不同，繪成一條分布曲線一一光譜分布曲線。當此曲線確定之后，器件的有關主波長、純度等相關色度學參數亦隨之而定。LED 的光譜分布與制備所用化合物半導體種類、性質及 pn 結結構（外延層厚度、摻雜雜質）等有關，而與器件的幾何形狀、封裝方式無關。下圖繪出幾種由不同化合物半導體及摻雜制得 LED 光譜響應曲線。其中LED 光譜分布曲線1 藍光 InGaN/GaN2 綠光 GaP:

6、N3 紅光 GaP:Zn-O4 紅外 GaAs5Si 光敏光電管 6 標準鴇絲燈是藍色 InGaN/GaN 發光二極管，發光譜峰入 p=460465nm；是綠色 GaP:N 的 LED,發光譜峰入 p=550nm；是紅色 GaP:Zn-O 的 LED,發光譜峰入 p=680700nm；是紅外 LED 使用 GaAs 材料，發光譜峰入 p=910nm；是 Si 光電二極管，通常作光電接收用。由圖可見，無論什么材料制成的 LED,都有一個相對光強度最強處（光輸出最大），與之相對應有一個波長，此波長叫峰值波長，用人 p 表示。只有單色光才有入 p 波長。譜線寬度：在 LED 譜線的峰值兩側士人處，存

7、在兩個光強等于峰值（最大光強度）一半的點，此兩點分別對應入 p-入，入 p+人之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。半高寬度反映譜線寬窄，即 LED 單色性的參數，LED 半寬小于 40nm。主波長：有的 LED 發光不單是單一色，即不僅有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述 LED 色度特性而引入主波長。主波長就是人眼所能觀察到的，由 LED 發出主要單色光的波長。單色性越好，則人 p 也就是主波長。如 GaP 材料可發出多個峰值波長，而主波長只有一個，它會隨著 LED 長期工作，結溫升高而主波長偏向長波。光通量光通量 F 是表征 LED 總光輸出的輻射能量，它標志器件

8、的性能優劣。F 為 LED 向各個方向發光的能量之和，它與工作電流直接有關。隨著電流增加，LED 光通量隨之增大。可見光 LED 的光通量單位為流明（lm）。LED 向外輻射的功率一一光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關。目前單色LED 的光通量最大約 1lm,白光 LED 的 F1.51.8lm （小芯片） ， 對于 1m 訴 1mm 的功率級芯片制成白光 LED,其 F=18lm。發光效率和視覺靈敏度LED 效率有內部效率（pn 結附近由電能轉化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來分析和評價芯片優劣的特性。LED 光電最重要的特性是用輻射出光能量（發光量）與輸入電能之比，即發光效率。視覺靈敏度是使用照明與光度學中一些參量。人的視覺靈敏度在人=555nm 處有一個最大值 680lm/wo 若視覺靈敏度記為則發光能量 P 與可見光通量 F 之間關系為 P=/P 入 d入；F=/KRd 入發光效率一一量子效率 Y=發射的光子數/pn 結載流子數=（e/hcI）/人 P 入 d 入若輸入能量為 W=UI,則發光能量效率YP=P/W