LED(發(fā)光二極管)分類及發(fā)光材質(zhì)介紹

LED〔發(fā)光二極管〕分類及發(fā)光材質(zhì)介紹LEDLED2023-10-0714:47104評論0字號：大中小LEDpnpnI-VC-V學特性：光譜響應特性、發(fā)光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。1、LED電學特性I-VLEDpnLEDI-V偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。如左圖：正向死區(qū)：〔oaoa′段〕aV0為開啟V＜Va，外加電場尚抑制不少因載流子集中而形成RLED〔2〕正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈指數(shù)關系IF=IS(eqVF/KT–1) IS為反向飽和電流。V＞0V＞VFIFVFIF=ISeqVF/KT〔3〕反向死區(qū)：V＜0pnV=-VRIR〔V=-5V〕時，GaP0V，GaN10uA?！?〕反向擊穿區(qū)V＜-VR，VR稱為反向擊穿電壓；VRIRV＜-VR時，則消滅IRLEDVRC-VLED9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280280um)，12×12mil(300300um)，故pn〔零偏壓〕C≈n+pf〔2〕1MHZC-VPFmLEDIFUFP=UF×IFLED工作時，外加偏壓、偏流確定促使載流子復合發(fā)出光Tj散逸熱量〔功率〕，可表示為P=KT〔Tj–Ta〕。響應時間LCD〔液晶顯示〕10-3~10-5S，CRT、PDP、LED10-6~10-7S〔us〕。①響應時間從使用角度來看，就是LEDtr、tft0②響應時間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。LEDtr10%開頭，始終到發(fā)光亮度到達正常值的90%所經(jīng)受的時間。LED熄滅時間——下降時間tf10%所經(jīng)受的時間。GaAlAs10-9S，GaP10-7S。因此它們可用10~100MHZLED光學特性發(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性。發(fā)光法向光強及其角分布Iθ〔法向光強〕是表征發(fā)光器件發(fā)光強弱的重要性能。LED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θ角度，光強也隨之變化。發(fā)光強度隨著不同封裝外形而強度依靠角方向。IθLED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(huán)氧樹脂中添加散射劑與否〕⑴為獲得高指向性的角分布〔如圖1〕①LED②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。LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。⑵當前幾種常用封裝的散射角〔2θ1/2〕LED：5°、10°、30°、45°發(fā)光峰值波長及其光譜分布⑴LED成一條分布曲線——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(shù)亦隨之而定。LEDpn〔外延層厚度、摻雜雜質(zhì)〕等有關，而與器件的幾何外形、封裝方式無關。以以下圖繪出幾種由不同化合物半導體及摻雜制得LEDLED光譜分布曲線1InGaN/GaN2綠光GaP:N3紅光GaP:Zn-O4GaAs5Si6InGaN/GaNλp=460～465nm；GaP:NLED，發(fā)光譜峰λp=550nm；GaP:Zn-Oλp=680～700nm；LEDGaAsλp=910nm；Si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λpλpLED±△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。LEDLED40nm。LED峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述LED度特性而引入主波長。主波長就是人眼所能觀看到的，由LEDλp長。GaPLED光通量FLED性能優(yōu)劣。FLEDLEDLED〔lm〕。LEDLED1lmLED的F≈1.5~1.8lm〔小芯片〕，1mm×1mmLEDF=18lm。發(fā)光效率和視覺靈敏度①LED〔pn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(yōu)劣的特性。LED〔發(fā)光量〕與輸入電能之比，即發(fā)光效率。②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λ=555nm680lm/w。假設視覺P=∫Pλdλ；F=∫KλPλdλ③發(fā)光效率——量子效率η/pn子數(shù)=〔e/hcI〕∫λPλdλW=UI，則發(fā)光能量效率ηP=P/Whc=ev,則η≈ηPF=〔F/P〕P=KηPWK=F/PLEDF/W=KηPLEDLED樣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。LED〔可見光發(fā)光效率〕：LEDλp〔nm〕材料可見光發(fā)光效率〔lm/w〕外量子效率最高值平均值紅光700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2黃光590GaP:N-N0.450.1綠光555GaP:N4.20.70.015~0.15藍光465GaN10白光譜帶GaN+YAG1.618LEDLED部發(fā)光的一局部，總的發(fā)光效率應為η=ηiηcηe，式中ηip、nηc，ηe〔光取出效率〕效率。LEDηi≈3.6材料與空氣界面時〔無環(huán)氧封裝反射率為〔n1-1〕2/〔n1+1〕2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對光有相當一局部的吸取，于是大大降低了外部出光效率。為了進一步提高外部出光效率ηe用折射率較高的透亮材料〔環(huán)氧樹脂n=1.55〕掩蓋在芯片外表；②把芯片晶體外表加工成半球形；③用Eg用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED4~6發(fā)光亮度LED正法線方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上發(fā)光體外表亮度等于發(fā)光體外表上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的cd/m2Nit。假設光源外表是抱負漫反射面，亮度BO從地面看太陽外表亮度約為14×108Nit。LEDLED，JO〔電流密度〕BO環(huán)境溫度上升，ηc〔復合效率〕BO度不變，電流增大足以引起pn呈飽和狀態(tài)。壽命老化：LED衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關，可描述Bt=BOe-t/τ，BttBOBt=1/2BOttLED103~104小時后，先BO，Bt=1000~10000Bt=BOe-t/τ求出τ；Bt=1/2BOt。LED106LEDIF=20mALEDLEDLED為原來35%，壽命＞6000h。3熱學特性LEDpnIF＜10m