威客电竞

       LED是利用化合物资料造成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学个性：I-V个性、C-V个性和光学个性：光谱响应个性、发光光强指向个性、功夫个性以及热学个性。
       1、LED电学个性
       1.1 I-V个性 表征LED芯片pn结造备机能重要参数。LED的I-V个性拥有非线性、整流性质：单向导电性
，即表加正偏压阐发低接触电阻
，反之为高接触电阻。
       如左图：
       (1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压
，当V＜Va
，表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；开启电压对于分歧LED其值分歧
，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与表加电压呈指数关系
       IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向鼓和电流 。
       V＞0时
，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升 IF = IS e qVF/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。当反向偏压一向增长使V＜- VR时
，则出现IR忽然增长而出现击穿景象。由于所用化合物资料种类分歧
，各类LED的反向击穿电压VR也分歧。
       1.2 C-V个性
       鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)
，10×10mil
，11×11mil (280×280um)
，12×12mil (300×300um)
，故pn结面积大幼不一
，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
       C-V个性呈二次函数关系（如图2）。由1MHZ互换信号用C-V个性测试仪测得。
       1.3 最大允许功耗PF m
       当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率亏损为P=UF×IF
       LED工作时
，表加偏压、偏流肯定促使载流子复合发出光
，还有一部门变为热
，使结温升高。若结温为Tj、表部环境温度为Ta
，则当Tj＞Ta时
，内部热量借助管座向表传热
，散逸热量（功率）
，可暗示为P = KT（Tj – Ta）。
       1.4 响应功夫
       响应功夫表征某一显示器跟踪表部信息变动的快慢。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）。
       ① 响应功夫从使用角度来看
，就是LED点亮与熄灭所延长的功夫
，即图中tr 、tf 。图中t0值很幼
，可忽略。
       ② 响应功夫重要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。
       LED的点亮功夫——上升功夫tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%起头
，一向到发光亮度达到正常值的90%所经历的功夫。
       LED 熄灭功夫——降落功夫tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的功夫。
       分歧资料造得的LED响应功夫各不一样；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应功夫＜10-9S
，GaP为10-7 S。因而它们可用在10~100MHZ高频系统。
       2 LED光学个性
       发光二极管有红表（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个性。
       2.1 发光法向光强及其角散布Iθ
       2.1.1 发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的沉要机能。LED大量利用要求是圆柱、圆球封装
，由于凸透镜的作用
，故都拥有很强指向性：位于法向方向光强最大
，其与水平面交角为90°。当偏离正法向分歧θ角度
，光强也随之变动。发光强度随着分歧封装状态而强度依赖角方向。
       2.1.2 发光强度的角散布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强散布。它重要取决于封装的工艺（蕴含支架、模粒头、环氧树脂中增长散射剂与否）
       ⑴ 为获得高指向性的角散布（如图1）
       ① LED管芯地位离模粒头远些；
       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LED 2θ1/2 = 6°左右
，大大提高了指向性。
       ⑵ 当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
       2.2 发光峰值波长及其光谱散布
       ⑴ LED发光强度或光功率输出随着波长变动而分歧
，绘成一条散布曲线——光谱散布曲线。当此曲线确定之后
，器件的有关主波长、纯度等有关色度学参数亦随之而定。
       LED的光谱散布与造备所用化合物半导体种类、性质及pn布局造（表延层厚度、掺杂杂质）蹬仔关
，而与器件的几何状态、封装方式无关。
       下图绘出几种由分歧化合物半导体及掺杂造得LED光谱响应曲线。其中
    
       LED 光谱散布曲线
       1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O
       4 红表GaAs 5 Si光敏光电管 6 尺度钨丝灯
       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 是红表LED使用GaAs资料
，发光谱峰λp = 910nm；
       ⑤ 是Si光电二极管
，通常作光电接管用。
       由图可见
，无论什么资料造成的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暗示。只有单色光才有λp波长。
       ⑵ 谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处
，存在两个光强蹬宗峰值（最大光强度）一半的点
，此两点别离对应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半宽幼于40 nm。
       ⑶ 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色度个性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的
，由LED发出重要单色光的波长。单色性越好
，则λp也就是主波长。
       如GaP资料可发出多个峰值波长
，而主波长只有一个
，它会随着LED持久工作
，结温升高而主波长左袒长波。
       2.3 光通量
       光通量F是表征LED总光输出的辐射能量
，它标志器件的机能曲直。F为LED向各个方向发光的能量之和
，它与工作电流直接有关。随着电流增长
，LED光通量随之增大�
？杉�光LED的光通量单元为流明（lm）。
       LED向表辐射的功率——光通量与芯片资料、封装工艺水平及表加恒流源大幼有关。目前单色LED的光通量最约莫1 lm
，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（幼芯片）
，对于1mm×1mm的功率级芯片造成白光LED
，其F=18 lm。
       2.4 发光效能和视觉活络度
       ① LED效能有内部效能（pn结左近由电能转化成光能的效能）与表部效能（辐射到表部的效能）。前者只是用来分析和评价芯片曲直的个性。
       LED光电最沉要的个性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比
，即发光效能。
       ② 视觉活络度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉活络度在λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。若视觉活络度记为Kλ
，则发光能量P与可见光通量F之间关系为 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ
       ③ 发光效能——量子效能η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ
       若输入能量为W=UI
，则发光能量效能ηP=P/W
       若光子能量hc=ev,则η≈ηP 
，则总光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P
       ④ 流明效能：LED的光通量F/表加耗电功率W=KηP
       它是评价拥有表封装LED个性
，LED的流明效能高指在同样表加电流下辐射可见光的能量较大
，故也叫可见光发光效能。
    
       以下列出几种常见LED流明效能（可见光发光效能）：
       LED发光色彩 λp（nm） 资料 可见光发光效能（lm/w） 表量子效能
       最高值 均匀值
       红光 660-620 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 

       橙光 615-600 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 

       黄光 595-590 GaP:N-N 0.45 0.1
       绿光 555-500 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15
       蓝光 485-410 GaN 10

       紫光 400-280 GaN 10     

       白光 谱带 GaN+YAG 幼芯片1.6
，大芯片18
       品质优越的LED要求向表辐射的光能量大
，向表发出的光尽可能多
，即表部效能要高。事实上
，LED向表发光仅是内部发光的一部门
，总的发光效能应为
       η=ηiηcηe 
，式中ηi向为p、n结区少子注入效能
，ηc为在势垒区少子与多子复合效能
，ηe为表部出光（光取出效能）效能。
       由于LED资料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体资料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射
，被空气反射
，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32
，反射出的占32%
，鉴于晶体自身对光有相当一部门的吸收
，因而大大降低了表部出光效能。
       为了进一步提高表部出光效能ηe可采取以下措施：① 用折射率较高的通明资料（环氧树脂n=1.55并不梦想）覆盖在芯片表表；② 把芯片晶体表表加工成半球形；
       ③ 用Eg大的化合物半导体作衬底以削减晶体内光吸收。有人已经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽
，可使红表GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效能提高4~6倍。
       2.5发光亮度
       亮度是LED发光机能又一沉要参数
，拥有很强方向性。其正法线方向的亮度BO=IO/A
，指定某方向上发光体表表亮度蹬宗发光体表表上单元投射面积在单元立体角内所辐射的光通量
，单元为cd/m2 或Nit。
       若光源表表是梦想漫反射面
，亮度BO与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表表亮度约为7000Nit（尼特）
，从地面看太阳表表亮度约为14×108Nit。
       LED亮杜纂表加电流密杜仔关
，通常的LED
，JO（电流密度）增长BO也近似增大。另表
，亮度还与环境温杜仔关
，环境温度升高
，ηc（复合效能）降落
，BO减幼。当环境温度不变
，电流增大足以引起pn结结温升高
，温升后
，亮度呈鼓和状态。
       2.6寿命
       老化：LED发光亮度随着长功夫工作而出现光强或光亮度衰减景象。器件老化程杜纂表加恒流源的大幼有关
，可描述为Bt=BO e-t/τ
，Bt为t功夫后的亮度
，BO为初始亮度。
       通常把亮度降到Bt=1/2BO所经历的功夫t称为二极管的寿命。测定t要花很长的功夫
，通常以推算求得寿命。丈量步骤：给LED通以肯定恒流源
，点燃103 ~104 幼时后
，先后测得BO 
，Bt=1000~10000
，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入
，可求出寿命t。
       持久以来总以为LED寿命为106幼时
，这是指单个LED在IF=20mA下。随着功率型LED开发利用
，国表学者以为以LED的光衰减百分比数值作为寿命的凭据。如LED的光衰减为原来35%
，寿命＞6000h。
       3 热学个性
       LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。通常工作在幼电流IF＜10mA
，或者10~20 mA长功夫陆续点亮LED温升不显著。若环境温度较高
，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移
，BO也会降落
，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的靠得住性、不变性影响应专门设计散射透风装置。
       LED的主波长随温度关系可暗示为λp（ T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃
       由式可知
，每当结温升高10℃
，则波长向长波漂移1nm
，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求幼型化、密集分列以提高单元面积上的光强、光亮度的设计尤其该把稳用散热好的灯具表壳或专门通用设备、确保LED持久工作。