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LED主要参数与特性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1、LED电学特性1.1 I-V特，隹 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 个人收集整理勿做商业用途如左图：(1)正向死区：(图 oa或oa，段)a点对 丁 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； 开启电压对丁不同If；击 反向死区穿区VR 0'I I I I I 2正向死区工作区VfV图一I-V特性曲线LED其值不同,GaAs为1V,红色GaAsP为1.2V, GaP为1.8V, GaN为2.5V个人收 集整理勿做商业用途(2) 正向工作区：电流If与外加电压呈指数关系If = IS(e qVF" 1 s为反向饱和电流 o个人收集整理勿做商业用途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 反向偏压一直增加使 V<- Vr时，那么出现Ir突然增加而出现击穿现象由丁所用 化合物材料种类不同，各种 LED的反向击穿电压 Vr也不同个人收集整理勿做商业用途C 1.2 C-V 特性Co 鉴丁 LED 的芯片有 9 x 9mil (250/ - , x 250um), 10X 10mil, 11X 11mil (280-C0X 280um), 12X 12mil (300 X 300um),■ I I I I I ■ ■ ,—— - 3 7 V 故pn结面积大小不一，使其结电容图2 LED C-V特性曲线(零偏压)C@ n+pf左右个人收集整理勿做商业用途C-V特性呈二次函数关系〔如图2〕由1 MHz交流信号用C-V特性测试仪测得1.3最大允许功耗PF m当流过LED的电流为If、管压降为Uf那么功率消耗为P=UfX IfLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一局部变为热， 使结温升高假设结温为Tj、外部环境温度为Ta,那么当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〕。

个人收集整理勿做商业用途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3 5 6 7一显小〕约10 ~10 S, CRT、PDP、LED者8达至U 10 ~10 S 〔us级〕个人收集整理勿做商业用途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，即图中tr、tf图I F j 中t0值很小，可忽| 略个人收集整理勿做商业用途j—| H - ② 响应时间主要相对亮度 取决丁载流子寿 命、器件的结电容r■- rr~\ \\/I 上 及电路阻抗r j」厂 _ LED的点亮时间一汁丁" 7 一上升时间tr是指接通电源使发光亮度到达正常的10%开始，一直到发光亮度到达正常值的 90%所经历的时间个人收集整理勿做商业用途LED熄灭时间一一下降时间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 个人收集整理勿做商业用途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I e2.1.1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，由丁凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位丁法向方向光强最 大，其与水平■面交角为 90°当偏离正法向不同0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 个人收集整理勿做商业用途2.1.2 发光强度的角分布I °是描述LED发光在空间各个方向上光强分布它主要取决丁封装的工艺〔包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否〕 个人收集整理勿做商业用途⑴为获得高指向性的角分布〔如图1〕① LED管芯位置离“ f 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图2g|t件祯生:着* 1/2内2小〕装的散射角〔20 1/2角〕圆形LED 5°、10°、30°、452.2发光峰值波长及其光谱分布⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘'LED2 9 1/2 = 6° 左右， 大大提高了指向性⑵当前几种常用封光谱分 布曲线当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定个人收集整理勿做商业用途LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及 pn结结构〔外延层厚度、掺杂杂质〕等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

个人收集整理勿做商业用途下列图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得 LED光谱响应曲线其中LED 光谱分布曲线1 蓝光 InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O4红外GaAs 5 Si 光敏光电管 6 标准鸨丝灯① 是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰 入p = 460〜465nm② 是绿色GaP:N的LER发光谱峰 入p = 550nm ;③ 是红色GaP:Zn-的LER发光谱峰 入p = 680〜700nm④ 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰 入p = 910nm；⑤ 是Si光电二极管，通常作光电接收用由图可见，无论什么材料制成的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 入p表示只有单色光才有 入p波长 个人收集整理勿做商业用途⑵谱线宽度：在LED^线的峰值两侧±左入处，存在两个光强等丁峰值〔最大光强 度〕一半的点，此两点分别对应 入p-△入，入p+△入之间宽度叫谱线宽度，也称半功 率宽度或半高宽度个人收集整理勿做商业用途半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED^宽小丁 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色度特性而引入主波长主波长就是人眼所能观察到的，由 LED发出主要单色光的波长单色性越好，那么 入p也就是主波长个人收集整理勿做商业用途如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温 升高而主波长偏向长波2.3光通量光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣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加， LED光通量随之增大可见光LED的光通量单位为流明〔lm 〕 个人收集整理勿做商业用途LED向外辐射的功率一一光通量与芯片材料、封装工艺水平■及外加包流源大小有关目前单色LED的光通量最大约 1 lm,白光LED 的F^ 1.5~1.8 lm 〔小芯片〕，对丁 1m亦1mm的功率级芯片制成白光 LED，其F=18 lm个人收集整理勿做商业用途2.4发光效率和视觉灵敏度① LED效率有内部效率〔pn结附近由电能转化成光能的效率〕与外部效率〔辐射到外部的效率〕前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性 个人收集整理勿做商业用途LED光电最重要的特性是用辐射出光能量〔发光量〕与输入电能之比，即发光效率。

② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量人的视觉灵敏度在 入=555nm处有 一个最大值680 lm/w假设视觉灵敏度记为K、那么发光能量P与可见光通量F之间关系 为 P=/P ,dx ； F=/KF’d 入个人收集整理 勿做商业用途③ 发光效率一一量子效率7]=发射的光子数/ pn结载流子数=〔e/hcI〕 /入Rdx 假设输入能量为W=UI那么发光能量效率7] p=P/W假设光子能量hc=ev,那么t] @ u p ,那么总光通F= (F/P) P=Kt] pW 式中"K= F/P④ 流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率 W=K p 一它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率 个人收集整理勿做商业用途以下歹0出几种常见LED流明效率(可见光发光效率)：LED发光颜色入p(nm)材料可见光发光效率(lm/w)外量子效率最高值平■均值700GaR Zn-O2.4121~3红光660GaAlAs0.270.50.3650GaAsP0.380.50.2黄光590GaP: N-N0.450.1球尤555GaP N4.20.70.015~0.15蓝光465GaN10白光1曰市GaN+YAG小芯片1.6,大芯片18品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。

事实上，LED向外发光仅是内部发光的一局部，总的发光效率应为 个人收集整理勿做商 业用途T] =T] i T] c T] e ,式中T] i向为p、A结区少子注入效率，T] c为在势垒区少子与多子复合效 率，Y] e为外部出光(光取出效率)效率 个人收集整理勿做商业用途由丁 LED材料折射率很高7] i-3.6当芯片发出光在晶体材料与空气界面时 (无环 氧封装)假设垂直入射，被空气反射，反射率为( ni-1) 2/ (ni+1) 2=0.32,反射出的占 32%，鉴丁晶体本身对光有相当一局部的吸收，丁是大大降低了外部出光效率 个人收集整理勿做商业用途为了进一步提高外部出光效率T] e可采取以下措施：① 用折射率较高的透明材料(环 氧树脂n=1.55并不理想)覆盖在芯片外表；② 把芯片晶体外表加工成半球形；个人收集 整理勿做商业用途③ 用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收有人曾经用 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，可使红外 GaAs、GaAsP、GaAlAs的 LED效率提高4~6倍个人收集整理勿做商业用途2.5发光亮度亮度是LED发光性能乂一重要参数，具有很强方向性。

其正法线方向的亮度Bo=Io/A ,指定某方向上发光体外表亮度等丁发光体外表上单位投射面积在单位立体角 内所辐射的光通量，单位为 cd/m2或Nit o个人收集整理勿做商业用途GaP NGaP Zn-OA/cm假设光源外表是理想漫反射面， 亮度Bo与方向无关为常数晴朗的 蓝天和荧光灯的外表亮度约为 7000Nit 〔尼特〕，从地面看太阳外表 亮度约为14X 108Nit个人收集整理勿做 商业用途LED亮度与外加电流密度有关，股的LED , Jo 〔。