LED的电学特性、光学特性及热学特性
LED技术指标
外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，LED 工作时。还有一局部变为热，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=KTTj– Ta
白光 LED 发光原理及技术指标
白光是一种组合光，白光 LED 可以分为单芯片、双芯片和三芯片等，以下将按这一分类来介绍，还将 介绍照明用白光 LED 的一些技术指标。 白光 LED 发光原理 单芯片 InGaN(蓝)/YAG 荧光粉 这是一种目前较为成熟的产品，其中 1W 的和 5W 的 Lumileds 已有批量产品。这些产品采用芯片 倒装结构，提高发光效率和散热效果。荧光粉涂覆工艺的改进，可将色均匀性提高 10 倍。实验证明， 电流和温度的增加使 LED 光谱有些蓝移和红移，但对荧光光谱影响并不大。寿命实验结果也较好，Φ5 的白光 LED 在工作 1.2 万小时后， 光输出下降 80%， 而这种功率 LED 在工作 1.2 万小时后， 仅下降 10%， 估计工作 5 万小时后下降 30%。这种称为 Luxeon 的功率 LED 最高效率达到 44.3lm/w，最高光通量为 187lm，产业化产品可达 120lm，Ra 为 75-80。
采用 465nm、535nm、590nm 和 625nm LED 芯片可制成 Ra 大于 90 的白光 LED。 此外， Norlux 公司用 90 个三色芯片(R、G、B)制成 10W 的白光 LED，每个器件光通量达 130lm， 色温为 5500K。 白光 LED 技术指标 照明用白光 LED 不同于传统的 LED 产品，在技术性能指标上有一些特殊要求：光通量 一个 Φ5 LED 的光通量仅为 1lm 左右，而用作照明的白光功率 LED 希望达到 1Klm。当然，光通量为 0.1Klm 和 0.01Klm 的功率 LED 也能达到要求较低的照明需求。由于 15W 白炽灯效率较低，仅 8lm/w，所以一个 15W 白炽灯的光通量，与 25lm/w 的白光功率 LED5W 器件相当。 发光效率 目前产业化产品已从 15lm/w 提高到 100lm/w，研究水平为 125lm/w，最高水平已达 130lm/w。 色温 在 2500K-10000K 之间，最好是 2500K-5000K 之间。 显色指数 Ra 最好是 100。目前可以过到 85 稳定性 波长和光通量均要求保持稳定，但其稳定性程度依照明场合的需求而定。 寿命 5 万小时至 10 万小时
LED特性参数基础简介
注意： 注意： （1）针对点光源或发光体的大 小与照射距离相比较小的场 合。（分光计的距离是10M） （2）描绘聚焦能力到底有多 亮—例如手电筒。 —
（3）符号“I”表示 cd=1000mcd
单位
3、光照度：1流明的光通量均匀分布在1平方 、光照度 米表面上所产生的光照度。IX.勒克斯 两者的区别：立体与平方 4、光出射度：其定义与“光照度”差不多。 、光出射度 用M表示，单位：LM/平方米 区别：发射与接收。
（举例说明：CIE照片）
③解决这一问题提出色温Bin区分 ④色温的划分： A：目前的划分（暖白/商业白/冷白） B：能量之星的划分
色温与光通量的关系（针对白光）：同一家产品 色温越高，相对应的LM就越高。
（2）显色性 ）
定义：光源对物体本身颜色 呈现的程度，也就是颜色逼 真的程度，用现显示指数来 来表明。 CIE把太阳的显示数定义为 100，越高越好。目前LED 的显色性为70-80.
五、配光特性： 配光特性：
采用不同的透镜封装结构，有不同配光特性。 一般有以下四种： 1、蝠翼型 2、朗伯型 3、侧发光型 4、准直型
（举例：灯珠为朗伯型90---160°即光束角，属于一次配光）
五、其他 1、灯珠的芯片类型：参考大功率芯片外图尺 寸（显微镜）。 2、荧光粉的类型（材质证明）YAG/英特美 3、封装技术：流行的是芯片倒装技术。 4、寿命：光衰到达70%。提供6000小时光衰 测试报告。衰减控制在3%-8%。 5、出货的一致性要求原则：靠近色温线的同 一Bin最大不超过横向相邻的两个Bin。
P允许功耗：VF·IF(举例：1W白光） n光效：lm/w 提出芯片对电流的转换率为15-20%，其他的转化为 热能，（冷光源的定义：没有红外线，不能辐射热能）
发光二极管主要参数与特性
发光二极管主要参数与特性发布日期：2007-2-5 17:12:17 信息来源：LED发光二极管主要参数与特性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。
如左图：(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I F与外加电压呈指数关系I F = I S (e qVF/KT –1) -------------------------I S 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞V F的正向工作区I F 随V F指数上升 I F = I S e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - V R 时，反向漏电流I R（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区 V＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- V R时，则出现I R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V R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)，12×12mi l (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
LED的特性参数
LED参数与特性LED（发光二极管）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（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9³9mil (250³250um)，10³10mil，11³11mil (280³280um)，12³12mil(300³300um)，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PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF³IFLED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。
led灯珠的标准要求
led灯珠的标准要求
LED 灯珠是一种发光二极管，是 LED 灯具的核心部件。
以下是一些常见的 LED 灯珠的标准要求：
1. 光学性能：LED 灯珠的发光效率、光通量、色温、显色指数等光学性能是评估其质量的重要指标。
2. 电学性能：LED 灯珠的正向电压、反向电流、功率等电学性能也是评估其质量的重要指标。
3. 热学性能：LED 灯珠在工作时会产生热量，因此其热学性能也很重要，如结温、热阻等。
4. 可靠性：LED 灯珠的可靠性是评估其质量的重要指标之一，如寿命、光衰等。
5. 尺寸和封装：LED 灯珠的尺寸和封装形式会影响其使用范围和安装方式，因此也需要考虑。
6. 环保要求：LED 灯珠的生产和使用过程需要符合环保要求，如无铅、无汞等。
LED 灯珠的标准要求包括光学性能、电学性能、热学性能、可靠性、尺寸和封装、环保要求等方面。
在选择 LED 灯珠时，需要根据具体应用场景和要求来选择合适的产品。
LED的光学特性及热学特性
主波长
有的Ｌ Ｄ Ｅ 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Ｌ Ｄ Ｅ
Ｇ ｔｎ ｅ ｏｔ ｆ ｔｅ 追 根溯 源 ｅｔ ｇｔ ｏ ｔｒ ｉ ｈ Ｒ Ｏ Ｍａ
＞＞ ＞
发光峰值波长及其光谱 分布
Ｌ 发 光强 度或 光功率 输 出随 着波长 变化 而不 ＥＤ
ＬＤ Ｅ 单色性的参数 。Ｌ Ｄ半宽小于４ ｍ。 Ｅ ０ｎ
同，绘成一条分 布曲线—— 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
发光 效率和视觉灵敏 度
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 。Ｌ Ｄ光电 Ｅ
分 ，总的发光效率应 为 Ｔ＝ ｉ１ ，式 中 １ Ｔｅ ＴＣ １
结 为在势垒 区少 亍 ① ＬＤ Ｅ 效率 有内部效率 （ ｎ ｐ 结附近 由电能转 化 Ｐ、ｎ 区少子注入效率 ， ｃ 复合效率 ， ”ｅ 为外部 出光 【 光取出效率 ） 效昌 由于Ｌ Ｄ材料折射率很 高 Ｔｉ ．。当 Ｅ １ ３６
性 ，发 光 光 强 指 向 特 性 、时 间 特 性 以及 热 学 特 性 。
天键 谢 ：Ｌ ＥＤ光学 Ｌ Ｄ热学 特 性 Ｅ
Ｉ
Ｅ 是利用化合物材料制成Ｐ 结的光电器件。 Ｄ ｎ
发光法向光 强及其角分布１ ０
发光强度 （ 向光强 ） 法 是表征发光
Ｉ 它 备 ｎ 结 器 电 特 Ｉ 特性 具 ｐ结 型 件的 学 性：— Ｖ 、
发光二极管主要参数与特性
发光二极管主要参数与特性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。
如左图：(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I F与外加电压呈指数关系I F = I S (e qVF/KT –1) -------------------------I S 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞V F的正向工作区I F 随V F指数上升I F = I S e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - V R 时，反向漏电流I R（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- V R时，则出现I R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V R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1MH Z交流信号用C-V特性测试仪测得。
LED主要特性精品PPT课件
三. 热 学 特 性
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。 一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。 若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其
η=ηiηcηe ，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率 ，ηe为外部出光（光取出效率）效率。
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧 封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴 于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
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。
由上图可见，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。
发光二极管主要参数与特性(精)
发光二极管主要参数与特性(精)发光二极管主要参数与特性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。
如左图：(1) 正向死区：（图oa 或oa ′段）a 点对于V 0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I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qV F /KT–1) -------------------------I S 为反向饱和电流 。
V ＞0时，V ＞V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I S e qV F /KT（3）反向死区 ：V ＜0时pn 结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R （V= -5V ）时，GaP 为0V ，GaN 为10uA 。
（4）反向击穿区 V ＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V ＜- V R 时，则出现I R 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V R 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。
电学参数
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。
如右图：（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（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。
LED技术指标
LED技术指标LED电子显示屏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。
如左图：(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（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PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
LED主要参数及指标
LED主要参数与特性（时间:2005-11-19 15:36:11 共有28861人次浏览）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。
如左图：(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（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。
最新LED电学光学热学特性参数
L E D电学光学热学特性参数LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏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。
如左图：(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 （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。
LED的电学、热学及光学特性研究_百度文库(精)
LED 的电学、热学及光学特性研究2011-05-11 16:05:15 文章来源:明导国际我来说两句 (0••导读: LED 的发光性能不仅和其电学特性相关,还受其结温影响。
因此,通过实际测试和仿真工具来研究其散热性能及热管理方法在LED 的设计过程中十分重要。
本文对LED 的电学、热学及光学特性进行了协同研究。
在仿真方面,完成了一个板级系统的电-热仿真;在测试方面,讨论了一个热-光联合测试系统的应用。
o关键字o LED电学热学光学特性电-热仿真• 1. 简介众所周知,LED的有效光辐射(发光度和/或辐射通量严重受其结温影响(如图一所示,数据来源于Lumileds Luxeon DS25 的性能数据表。
单颗LED 封装通常被称为一级LED,而多颗LED 芯片装配在同一个金属基板上的LED 组件通常被称为二级LED。
当二级LED 对光的均匀性要求很高时,结温对LED 发光效率的影响这个问题将十分突出[1]。
文献[2]中提到,可以利用一级LED 的电、热、光协同模型来预测二级LED 的电学、热学及光学特性。
前提是需要对LED 的散热环境进行准确建模。
本文第 2 节中我将讨论怎样通过实测利用结构函数来获取LED 封装的热模型,并将简单描述一下我们用来进行测试的一种新型测试系统。
第 3 节中,首先我们回顾了电-热仿真工具的原理,然后将此原理扩展应用到板级的热仿真以帮助优化封装结构的简化热模型。
在文章的最后我们将介绍一个应用实例。
2. 建立LED 封装的简化热模型关于半导体封装元器件的简化热模型(CTMs的建立,学术界已经进行了超过10 年的讨论。
现在,对于建立封装元器件特别是IC封装的独立于边界条件的稳态简化热模型(CTMs,大家普遍认同DELPHI 近似处理方法[3][4][5]。
为了研究元器件的瞬态散热性能,我们需要对CTM 进行扩展,扩展后的模型称之为瞬态简化热模型(DCTMs。
欧盟通过PROFIT 项目[7]制定了建立元器件DCTM 的方法,并且同时扩展了热仿真工具[6]的功能以便能够对DCTM 模型进行仿真计算。
(完整版)发光二极管主要参数与特性
发光二极管主要参数与特性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。
如左图：(1) 正向死区：（图oa 或oa ′段）a 点对于V 0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I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qV F /KT–1) -------------------------I S 为反向饱和电流 。
V ＞0时，V ＞V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I S e qV F /KT（3）反向死区 ：V ＜0时pn 结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R （V= -5V ）时，GaP 为0V ，GaN 为10uA 。
（4）反向击穿区 V ＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V ＜- V R 时，则出现I R 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V R 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。
LED电光学特性
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。
如左图：（1）正向死区：（图oa或oa段）a点对于V0为开启电压，当V 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 -） ------------------------ I S 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（3）反向死区：V 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 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 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 X10mil, 11 XMmil （280 280um）, 12X12mil （300乌00um），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PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF X|FLED 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）。
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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：光谱回应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
LED电学特性A. I-V特性表徵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。
(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开啟电压，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；开啟电压对于不同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係IF = IS (e qVF/K T –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（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。
B . C-V特性LED的芯片有9×9m il (250×250um)，10×10mil，11×11m il (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特性呈二次函数关係（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
C.最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×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）。
C.回应时间回应时间表征某一显示器跟踪外部资讯变化的快慢。
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）。
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）是表徵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-O4 红外GaAs5 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是表徵LED总光输出的辐射能量，它标誌器件的性能优劣。
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①LED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。
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λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。
若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关係为P=∫Pλdλ ；F=∫KλPλdλ③发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W若光子能量hc=ev,则η≈ηP ，则总光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P④流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP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。
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部分，总的发光效率应为η=ηiηcηe ，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光（光取出效率）效率。
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。
当芯片发出光在晶体材料与空气介面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
为了进一步提高外部出光效率ηe可採取以下措施：①用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；②把芯片晶体表面加工成半球形；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。
F.发光亮度亮度是LED发光性能又一重要参数，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表面亮度等于发光体表面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。
若光源表面是理想漫反射面，亮度BO与方向无关为常数。
晴朗的蓝天和萤光灯的表面亮度约为7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为14×108Nit。
LED亮度与外加电流密度有关，一般的LED，JO（电流密度）增加BO也近似增大。
另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，ηc（复合效率）下降，BO减小。
当环境温度不变，电流增大足以引起pn结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。
G.寿命老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。
器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为B t=BO e-t/τ，Bt为t时间后的亮度，BO为初始亮度。
通常把亮度降到Bt=1/2BO所经歷的时间t称为二极体的寿命。
测定t要花很长的时间，通常以推算求得寿命。
测量方法：给LED通以一定恒流源，点燃103 ~104 小时后，先后测得BO ，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把B t=1/2BO代入，可求出寿命t。
长期以来总认为LED寿命为106小时，这是指单个LED在IF=20m A下。
随着功率型LED开发应用，国外学者认为以LED的光衰减百分比数值作为寿命的依据。
如LED的光衰减为原来35%，寿命＞6000h。
热学特性LED的光学参数与pn结结温有很大的关係。
一般工作在小电流IF＜10m A，或者10~20 m A长时间连续点亮LED温升不明显。
若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示幕的温升对LED的可*性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。
LED的主波长随温度关係可表示为λp（T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。
这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。