LED光電參數(shù)詳解

LED光電參數(shù)LEDLEDPNPN型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體和NPN光原理可以用PN率較低的空穴。在常態(tài)下及PN結(jié)阻擋層的限制，二者不能發(fā)生自然復(fù)合，而當(dāng)此勢(shì)壘高度降低，勢(shì)壘區(qū)寬度變窄，破壞了PN結(jié)動(dòng)態(tài)平衡，產(chǎn)生少數(shù)載流子的電注入[16]。空穴從P區(qū)注入N區(qū)，同樣電子從NP區(qū)，注入的少數(shù)載流子將同該區(qū)的多數(shù)載流子復(fù)合，不斷的將多余的能量以光的形式輻射出去。可見(jiàn)光譜宇宙射線，其波長(zhǎng)只有千兆兆分之幾米(10-14-10-15m)，最長(zhǎng)的如溝通電，其波長(zhǎng)380nm780nm的電磁輻射能2-1所示。2-1電磁輻射波譜2-1中所標(biāo)數(shù)均以根本單位表示，即頻率為赫茲(Hz)，波長(zhǎng)為米(m)。的波長(zhǎng)，由此承受了標(biāo)準(zhǔn)毫微米(nm)1nm=10-9m。人780nm380nm，它們分別處在光譜的紅色端與紫色端。x射線、γ射線以及紅外線、無(wú)線電波等?？梢?jiàn)光、紫外線和紅外線是原子與分子的發(fā)光輻射，稱為光學(xué)輻射。X射線、γ輻射；不能為眼睛感受，也不產(chǎn)生視覺(jué)的光學(xué)輻射稱為不行見(jiàn)輻射。因而，光學(xué)官，在腦中產(chǎn)生光、顏色、外形等視覺(jué)印象，而獲得對(duì)外界的生疏。不行見(jiàn)輻射苦痛感覺(jué)，紅外線產(chǎn)生灼熱感覺(jué)。嚴(yán)格地說(shuō)，只有那種能夠被眼睛感覺(jué)到的、并定義上的光。LED[17][18][19]相關(guān)光度學(xué)與輻射度學(xué)參數(shù)有：：通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口放射的光通量。Iv(LuminousIntensity)：光源在單位立體角內(nèi)放射的光通量，可IV=dΦ/dΩ。P()(RelativeSpectralDistributions)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，各個(gè)波長(zhǎng)的輻射能量分布狀況。峰值放射波長(zhǎng)p(Peak-emissionWavelength)：光譜輻射功率最大的值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。1/2所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)的間隔。LED總的電磁功率，單位是W(瓦)。它通常表示LED4π度范圍內(nèi)，每秒鐘所發(fā)出的功率。LED光源放射的輻射通量中能引起人眼視覺(jué)的那局部，稱為光通量V，單位是流明(lm)，與輻射通量的概念類(lèi)似，它是LED光源向整個(gè)空間在光的光感覺(jué)是不同的，國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)為人眼對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的靈敏度以上)V()555nm1W683lm，2-2V’)為暗視覺(jué)條件(0.001cd/m2以下)下的光譜光視效率。VV”(〕V()圖2-2 明視覺(jué)和暗視覺(jué)條件下的光譜光效率函數(shù)明視覺(jué)條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式可以表示為：780

()V()d 〔2-1〕V 380 E暗視覺(jué)條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式可以表示為：

()V”()d 〔2-2〕V 380 ELED的測(cè)量時(shí)，為了得到(應(yīng)具有CIE)將它線性地轉(zhuǎn)換成光電流，再通過(guò)定標(biāo)確定被測(cè)量的大小[20]。LED積與離光探測(cè)器的距離相比足夠小，表示為IV=dΦC/dΩ，式中dΩ是點(diǎn)光源在某2-3所示。圖圖2-3 點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度但是在LED測(cè)量的很多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中，往往是測(cè)量距離不夠長(zhǎng)，光源的LED的發(fā)光強(qiáng)度。“平均發(fā)光強(qiáng)度”LED確定距離處的光探測(cè)器上的光通量V與由探測(cè)器構(gòu)成的S除以測(cè)量距離d的平方計(jì)算得到，2-7所示。因而有如下表達(dá)式： Sd2I＝ Sd2

〔2-3〕CIEACIEB。這的圓入射孔徑[21]。表2-1 CIE推舉的近場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)條件CIECIE推舉立體角(全角)標(biāo)準(zhǔn)條件A316mm0.001sr2o100mm0.01sr6.5oLED相對(duì)光譜能量分布P())表示在發(fā)光二極管的光輻射波長(zhǎng)范圍LED的相對(duì)光譜能量分布曲線。一般而言，LED發(fā)出的光輻射，往往由很多不同波長(zhǎng)的光所組成，而且不同波長(zhǎng)的光在其中所占的比例也不同。LED輻射能量隨著波長(zhǎng)變化而不同，繪成一條分布人眼感光性質(zhì)及PN構(gòu)造造〔外延層厚度、摻雜雜質(zhì)〕等有關(guān)，而與器件的幾何外形、封裝方式無(wú)關(guān)。圖2-4繪出幾種由不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得LED光譜響應(yīng)曲線。人眼感光圖2-4 LED光譜分布曲線其中：InGaN/GaN發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰p=460～465nm綠色LED，發(fā)光譜峰p=550nmLED，發(fā)光譜峰p=680～700nm紅外LED，發(fā)光譜峰p=910nm硅光電二極管LEDp光譜半波寬ΔLED相對(duì)光譜能量分布曲線的重要參數(shù)用峰值波長(zhǎng)p和Δ這兩個(gè)參數(shù)表示。無(wú)論什么材料制成的LED，都有一個(gè)相對(duì)光輻射最強(qiáng)處，與之LED的發(fā)光光譜的半寬度一圖2-5 光譜半波寬ΔLED發(fā)光器件色度學(xué)參數(shù)的測(cè)量相關(guān)色度學(xué)參數(shù)有：主波長(zhǎng)D(DominantWavelength)〔CIEA、B、CE，、Y、Z為顏色的三刺激值，它們的數(shù)值表示了三原色匹配該顏色時(shí)相互之間的比例。x、、z〔ChromaticityCoordinates與其總和之比。度。黑體輻射的顏色一樣時(shí)，稱黑體的溫度〔TC〕為光源的色溫度。在光度學(xué)中對(duì)于“光”例如，波長(zhǎng)為700nm的LED輻射所引起的感覺(jué)是紅色，波長(zhǎng)為580nm的LED510nm的LED輻射引起的感覺(jué)是綠色，波長(zhǎng)為2-2列出了不同色覺(jué)的波長(zhǎng)范圍。所以，LED光的顏色感受也隨著發(fā)生變化。表2-2 各種顏色光線的波長(zhǎng)光色λ〔nm)代表波長(zhǎng)紅〔Red〕780～630700630～600620600～570580570～500550500～470500470～420470420～380420CIECIERGB為準(zhǔn)，以光源、物體反射和配色函數(shù)計(jì)算出X、Y、Z刺激值，任何顏色都可以由RGB混色而成，再經(jīng)過(guò)儀器測(cè)出光譜輻射能量和反射率值，即可計(jì)算出XYZ三刺激值。由三色學(xué)說(shuō)的原理，任RGB來(lái)定義顏色的方案。顏色匹配試驗(yàn)色來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在一塊白色屏幕上，上方投射紅R、綠G、藍(lán)B三原色光，下方為者的眼內(nèi)。人眼看到的視場(chǎng)范圍在2°左右，被分成兩局部。在此試驗(yàn)裝置上[23][2]C=R(R)+G(G)+B(B) 〔2-4〕C表示待配色光；(R)、(G)、(B)代表產(chǎn)生混合色的紅、綠、藍(lán)三原色的單位量；R、G、B分別為匹配待配色所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的數(shù)量，稱為三刺激值；“＝”表示視覺(jué)上相等，即顏色匹配。CIE-RGBb()r()g()〔CI700nm546.1nm435.8nm，CIE-RGB317CIE規(guī)定的紅、綠、380nm780nmb()r()g()圖2-6 CIE-RGB光譜三刺激值在上面的曲線中，曲線的一局部三刺激值是負(fù)數(shù)，這說(shuō)明不行能靠混合紅、〔2-4〕中的權(quán)值會(huì)有負(fù)值，由于實(shí)際CIE-RGB系統(tǒng)，因此，1931CIE-XYZ系統(tǒng)利用三種〔紅〔綠〔藍(lán)，以便使我們能夠得到的顏色匹配函數(shù)的三刺激值都是正值。1931CIE-XYZ依據(jù)CIE推舉的紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的波長(zhǎng)為700nm、546.1nm、1931CIE－RGB1931CIE－XYZ系統(tǒng)的坐標(biāo)為：RGB系統(tǒng)色度坐標(biāo) XYZ系統(tǒng)色度坐標(biāo)r g b x y (R) 1， 0， 0 0.7347，0.2653，0.0000(G) 0， 1， 0 0.2737，0.7174，0.0089(B) 0， 0， 1 0.1665，0.0089，0.8246對(duì)于光譜波長(zhǎng)為r()g()b()x()y()、z()色度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：x()＝0.49000r()0.31000g()0.20230b()0.66697r()1.13240g()1.20233b()y()=0.17697r()0.81240g()0.01063b() 〔2-5〕0.66697r()1.13240g()1.20233b()z()=0.00000r()0.01000g()0.99000b()0.66697r()1.13240g()1.20233b()1931CIE－RGB1931CIE－XYZ系統(tǒng)中的相應(yīng)的色度坐標(biāo)，并將各波長(zhǎng)的普線的坐標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái)就成為1931CIE－XYZ2-7所示。圖2-7 1931CIE－XYZ系統(tǒng)色度圖可以計(jì)1931CIE－XYZx(y(z(為x()y()z()〔2-6〕x() y() z()〔2-6〕x()＋y()＋z()＝11931CIE－RGBx(、y(、z(三條曲線稱為“1931CIE－XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度觀看者光譜三刺激值”2-8所示，這組曲線分別代表匹配各波長(zhǎng)等能光譜刺激所需要的紅(X)(Y)(Z)1931CIE－XYZ系統(tǒng)的y(V()全都，即所以，有:x()＝

x()y()

V()〔2-7〕y()＝V()〔2-7〕z()z()＝

y()

V()zz()y()x()圖2-8 1931CIE－XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度觀看者光譜三刺激值CIE色度坐標(biāo)及主波長(zhǎng)計(jì)算方法LEDy()＝V()，假設(shè)P()分布函數(shù)，依據(jù)CIE的規(guī)定，那么由它引起的CIE三刺激值X、Y、Z可以按下式計(jì)算，K為調(diào)整因數(shù)X=K780P()x()d380PY=K780P

〔2-8〕()y()d〔2-8〕380780Z=K P

()z()d380X、Y、Z時(shí)，常用求和來(lái)代替式〔2-8〕的積分式：X＝K

780

P()x()＝380Y＝K

780

P()y()〔2-9〕＝380〔2-9〕Z＝K

780

P()z()＝380〔2-9〕X、Y、Z1931CIE色度系統(tǒng)中的三刺激值。由度坐標(biāo)為：〔2-10〕x= X〔2-10〕XYZy= YXYZ得到LED明“主波長(zhǎng)”2-9，在色

并延長(zhǎng)與光譜軌跡線相交于

點(diǎn)，則d dS為1的主波長(zhǎng)[25]S1S

可以用WE

和光譜波長(zhǎng)為

的光譜色相d混合而獲得。圖2-9 CIE1931色度圖d 1 2-9中＝565nm565nmSW為參照照明體的主波長(zhǎng)。由d 1 F，其純度定義為，WF作始終線，與單色光軸相交于G，距離WFWG的百分?jǐn)?shù)即為F的純度，即WFP＝WG

100％ 〔2-11〕2-7F75%，G100%。色溫的概念當(dāng)某輻射體與確定黑體在可見(jiàn)光區(qū)域具有一樣外形的光譜功率分布時(shí)的溫2-32-3(x，y)位[26][27]。但源的相關(guān)色溫。表2-3 確定黑體的色度坐標(biāo)T°Kxy5000.7210.27910000.6520.34515000.5860.39318000.5490.40820230.5260.41323000.4950.41550000.3450.35160000.3220.33170000.3060.316100000.2800.288240000.2500.2530.2400.234LEDLED發(fā)光器件相關(guān)電性參數(shù)：兩極間產(chǎn)生的電壓降。值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。流過(guò)發(fā)光二極管的電流。LEDI-VLEDPN結(jié)制備性能主要參數(shù)，LED通常都具有圖2-10所示的較好的伏安特性。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：