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LED的特性參數

時間:2020-12-04 22:21 點擊次數:
 

LED的特性參數
3.1LED的效率[2]
3.1.1用于非顯示的LED
用于非顯示時,使用功率效率ηp與光學效率ηo。
1.功率效率ηp:即將輸入的電功率Pi轉換成輻射的功率Pe的效率。即
ηp=Pe/Pi×100%                            (3-1)
  要提高ηp,就是要提高在一定電功率輸入下的輻射功率輸出,也就是減小器件的無用電功率損耗。如作好歐姆接觸以減小焦耳熱的損耗功率等。
2.光學效率ηo:即外量子效率ηqe與內量子效率ηqi的比。即
ηo=ηqe/ηqi                              (3-2)
光學效率可用來比較外量子效率的相對大小。所謂量子效率是指注入載流子復合而產生的光量子的效率。但由于內吸收和外反射等原因,使得產生的光量子效率等于輻射復合所產生的光子數N1T與激發時注入的電子空穴對數G之比。即
ηqi=N 1T/G                               (3-3)
由于半導體材料的折射率較高,反射和吸收的損失很大,所以輻射復合所產生的光量子不能全部射出器件之外。外量子效率是射出的光子數NT與注入的電子空穴對數G之比。即
ηqe=NT/G                               (3-4)
3.1.2用于顯示的LED
   用于顯示的LED,有實際意義的是流明效率ηL(光度效率或發光效率)。即用人眼衡量的效率,它表示消耗單位電功率Pi所得到的光通量F。即
ηL=F/Pi(lm/W)                             (3-5)
ηL=ηp•ηb                              (3-6)

式中,ηb為照明功率,它是輻射功率轉換成光通量的效率。即
ηb=F/Pe(lm/W)                            (3-7)
    顯然,提高ηL的方法就是提高ηp和ηb。即使發射光譜與視見函數有最大的重迭。
3.2發光光譜
   發光光譜是指發光的相對強度(或能量)隨波長(或頻率)變化的分布曲線。[3]它直接決定著LED的發光顏色并影響它的流明效率。發射光譜的形成是由材料的種類、性質以及發光中心的結構決定的,而與器件的幾何形狀和封裝方式無關。描述光譜分布的兩個主要參量是它的峰值波長和半強度寬度(稱為半寬度)。
對于輻射躍遷所發射的光子,其波長λ與躍遷前后的能量差ΔE之間的關系為
λ=hc/ΔE。對于發光二極管,復合躍遷前后的能量差大體就是材料的禁帶寬度決定的。對大多數半導體材料來講,由于折射率較大,在發射逸出半導體之前,可能在樣品內已經過了多次反射。因為段波光比長波光更容易被吸收,所以峰值波長相應的光子能量比禁帶寬度小些。例如GaAs的峰值波長出現在1.1eV,比室溫下的禁帶寬度少0.3eV。圖3-1給出了GaAs0.6P0.4和的發射光譜。當GaAs1–xPx中的x值不同時,峰值波長在620~680nm之間變化,譜線半寬度大致為20~30nm。GaP發光的峰值波長在700nm附近,半寬度大約為100nm。
峰值光子的能量還與溫度有關,它隨溫度的增長而減少。在結溫上升時,譜帶波長以0.2~0.3nm/℃的比例向長波方向移動
3.3伏安特性
LED的伏安特性如圖3-2所示,它與普通二極管的伏安特性大致相同。電壓小于開啟點的電壓值時無電流,電壓一超過開啟點就顯示出歐姆導通特性。[4]這時正向電流與電壓的關系為
i =i0exp(eV/mkT)                           (3-8)
式中,m為復合因子。在寬禁帶半導體中,當電流i<0.1mA時,通過結內深能級進行復合的空間復合電流起支配作用,這時m =2。電流增大后,擴散電流占優勢時,m =1。因而實際測得的m值大小可以標志器件發光特性的好壞。
    反向擊穿電壓一般在-1.5V以上。
3.4發光亮度與電流的關系[2]
LED的發光亮度B是單位面積發光強度的量度。在輻射發光發生在P區的情況下,發光亮度B與電子擴散電流idn之間有如下關系:
B ∝idnτ/eτR                           (3-9)
式中,τ是載流子輻射復合壽命τR和非輻射壽命τNR的函數。
3-3  GaAs1–xPx、Ga1-xAlxAs和GaP發光二極管的亮度與電流密度的關系
3-3給出了GaAs1–xPx、Ga1-xAlxAs和GaP(綠)發光二極管的亮度與電流密度的關系。這些亮度隨電流密度近似成正比增加而不易飽和的管子,適合于在脈沖下使用。因為脈沖狀態工作不易發熱,在平均電流與直流電流相等的情況下可以得到更高的亮度。
3.5LED的壽命
LED的壽命定義為亮度降低到原有亮度的一半時所經歷的時間。二極管的壽命一般都很長,在電流密度小于1A/cm2時,一般可達106h,最長可達109h。隨著工作時間的加長,亮度下降的現象叫老化。老化的快慢與工作電流密度有關。隨著電流密度的加大。老化變快,壽命變短。
3.6響應時間
在快速顯示時,標志器件對信息反應速度的物理量叫響應時間,即指器件啟亮(上升)與熄滅(率減)時間的延遲。實驗證明,二極管的上升時間隨電流的增加而近似呈指數衰減。它的響應時間一般都很短,如GaAs1–xPx僅為幾個ns,Gap約為100ns。在用脈沖電流驅動二極管時,脈沖的間隔和占空因數必須在器件響應時間所許可的范圍內。

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