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LED 光譜分布曲線規(guī)律解說(shuō)

更新時(shí)間:2013-01-09 點(diǎn)擊量:4176

1藍(lán)光InGaN/GaN 2 綠光 GaP:N 3 紅光 GaP:Zn-O ;P|-+_6a\Y  
  4
紅外GaAs 5 Si光敏光電管 6 標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈 P"+ l­t(3  
 
是藍(lán)色InGaN/GaN發(fā)光二極管,發(fā)光譜峰λp = 460465nm; 0L=V^0Ob3F  
 
是綠色GaP:NLED,發(fā)光譜峰λp = 550nm; C*c|(M*!v  
 
是紅色GaP:Zn-OLED,發(fā)光譜峰λp = 680700nm %.Pk+qXfy  
 
是紅外LED使用GaAs材料,發(fā)光譜峰λp = 910nm; (~:,1=[5  
 
Si光電二極管,通常作光電接收用。 8­gSVi.k  
 
由圖可見,無(wú)論什么材料制成的LED,都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度zui強(qiáng)處(光輸出zui大),與之相對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng),此波長(zhǎng)叫峰值波長(zhǎng),用λp表示。只有單色光才有λp波長(zhǎng)。 Lv/~<<-B  
 
譜線寬度:在LED譜線的峰值兩側(cè)±λ處,存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值(zui大光強(qiáng)度)一半的點(diǎn),此兩點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)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。 1b7ulDO  
 
半高寬度反映譜線寬窄,即LED單色性的參數(shù),LED半寬小于40 nm。 2W; \  
 
主波長(zhǎng):有的LED發(fā)光不單是單一色,即不僅有一個(gè)峰值波長(zhǎng);甚至有多個(gè)峰值,并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長(zhǎng)。主波長(zhǎng)就是人眼所能觀察到的,由LED發(fā)出主要單色光的波長(zhǎng)。單色性越好,則λp也就是主波長(zhǎng)。 ^)fLN!SxQw  
 
GaP材料可發(fā)出多個(gè)峰值波長(zhǎng),而主波長(zhǎng)只有一個(gè),它會(huì)隨著LED長(zhǎng)期工作,結(jié)溫升高而主波長(zhǎng)偏向長(zhǎng)波。 CQUsAJ$IY  
  2.3
光通量 T DT;Sj[  
 
光通量F是表征LED總光輸出的輻射能量,它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。FLED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和,它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加,LED光通量隨之增大。可見光LED的光通量單位為流明(lm)。 [1]vKlF%% t  
  LED
向外輻射的功率——光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。目前單色LED的光通量zui大約1 lm,白光LEDF≈1.5~1.8 lm(小芯片),對(duì)于1mm×1mm的功率級(jí)芯片制成白光LED,其F=18 lm。 _+= dR+O  
  2.4
發(fā)光效率和視覺靈敏度 <PC?_U]|  
 
LED效率有內(nèi)部效率(pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率)與外部效率(輻射到外部的效率)。前者只是用來(lái)分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。 Hf0@HVl2H  
  LED
光電zui重要的特性是用輻射出光能量(發(fā)光量)與輸入電能之比,即發(fā)光效率。 @mH<q8­)|  
 
視覺靈敏度是使用照明與光度學(xué)中一些參量。人的視覺靈敏度在λ = 555nm處有一個(gè)zui大值680 lm/w。若視覺靈敏度記為,則發(fā)光能量P與可見光通量F之間關(guān)系為 P=∫Pλdλ ; F=∫KλPλdλ K+t{8s-6 s  
 
發(fā)光效率——量子效率η=發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù)=e/hcI∫λPλdλ 1Gz?WiL]  
 
若輸入能量為W=UI,則發(fā)光能量效率ηP=P/W hm$3wpo7  
 
若光子能量hc=ev,η≈ηP ,則總光通F=F/PP=KηPW 式中K= F/P &Y z`I^M  
 
流明效率:LED的光通量F/外加耗電功率W=KηP 3 K?0w}  
 
它是評(píng)價(jià)具有外封裝LED特性,LED的流明效率高指在同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。 i|1n45r8­.  
 
xQ' Ud0  
 
以下列出幾種常見LED流明效率(可見光發(fā)光效率):dh­U9  
  LED
發(fā)光顏色 λpnm材料可見光發(fā)光效率(lm/w外量子效率 @e=2DR.{I  
 
zui高值平均值 aK2%e`,n  
 
紅光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2 F ­?g~  
 
黃光 590 GaP:N-N 0.45 0.1 &7LbtqZQC  
 
綠光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15 P|9-K?_Tg&  
 
藍(lán)光 465 GaN 10 v SpPi
N
 
 
白光譜帶 GaN+YAG 小芯片1.6,大芯片18 m7~Bo4ETW>  
 
品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大,向外發(fā)出的光盡可能多,即外部效率要高。事實(shí)上,LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分,總的發(fā)光效率應(yīng)為 x eRALap  
  η=ηiηcηe
,式中ηi向?yàn)?/span>pn結(jié)區(qū)少子注入效率,ηc為在勢(shì)壘區(qū)少子與多子復(fù)合效率,ηe為外部出光(光取出效率)效率。 I ;ynpJ&  
 
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。當(dāng)芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時(shí)(無(wú)環(huán)氧封裝)若垂直入射,被空氣反射,反射率為(n1-12/n1+12=0.32,反射出的占32%,鑒于晶體本身對(duì)光有相當(dāng)一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。 {@Mq(-M  
 
為了進(jìn)一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施:用折射率較高的透明材料(環(huán)氧樹脂n=1.55并不理想)覆蓋在芯片表面;把芯片晶體表面加工成半球形; E9F>-_i/  
 
Eg大的化合物半導(dǎo)體作襯底以減少晶體內(nèi)光吸收。有人曾經(jīng)用n=2.4~2.6的低熔點(diǎn)玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且熱塑性大的作封帽,可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAsLED效率提高4~6倍。 (YE

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