LED的电学特性、光学特性及热学特性[2]

　　LED光学特性

　　发光二极体有红外(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。

　　A.发光法向光强及其角分佈Iθ

　　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。发光强度的角分佈Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分佈。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)

　　B.发光峰值波长及其光谱分佈

　　LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分佈曲线——光谱分佈曲线。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。

　　LED的光谱分佈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。

　　C. LED 光谱分佈曲线

　　1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O

　　4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯

　　① 是蓝色InGaN/GaN发光二极体，发光谱峰λp = 460～465nm;

　　② 是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm;

　　③ 是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm;

　　④ 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm;

　　⑤ 是Si光电二极体，通常作光电接收用。

　　由图可见，无论什麼材料制成的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λp表示。只有单色光才有λp波长。

　　谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处，存在两个光强等于峰值(最大光强度)一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。

　　半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。

　　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，则λp也就是主波长。

　　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。

　　D.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)。

　　LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水准及外加恒流源大小有关。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)，对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18 lm。

　　E.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。

　　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。