LED的电学、光学、热学特性.pdf

LED 的电学、光学、热学特性 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：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性 以及热学特性。本文将为你详细介绍。 1、LED 电学特性 1.1 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。 如上图： （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 (e qVF/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 = IS e qVF/KT 苍乐电子企业有限公司 （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。 1.2 C-V 特性 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。 1.3 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）。 1.4 响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。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）。 苍乐电子企业有限公司 1.响应时间从使用角度来看，就是 LED 点亮与熄灭所延迟的时间，即图 3中 tr 、 tf 。图中 t0 值很小，可忽略。 2.应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。LED 的点亮时间 ——上升时间 tr 是指接通电源使发光亮度达到正常的 10%开始，一直到发光亮 度达到正常值的 90%所经历的时间。LED 熄灭时间——下降时间 tf 是指正常发 光减弱至原来的 10%所经历的时间。 不同材料制得的 LED 响应时间各不相同；如 GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响应时间 ＜10-9S，GaP 为 10-7 S。因此它们可用在 10~100MHZ 高频系统。 2 LED 光学特性 发光二极管有红外（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。 2.1 发光法向光强及其角分布 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。 2.1.2 发光强度的角分布 Iθ是描述 LED 发光在空间各个方向上光强分布。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） ⑴ 为获得高指向性的角分布（如图 4） 苍乐电子企业有限公司 ①