LED 光譜分布曲線規律解說

1藍光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 標準鎢絲燈 P"+ l­t（3  
 ①是藍色InGaN/GaN發光二極管，發光譜峰λp = 460～465nm； 0L=V^0Ob3F  
 ②是綠色GaP:N的LED，發光譜峰λp = 550nm； C*c|（M*!v  
 ③是紅色GaP:Zn-O的LED，發光譜峰λp = 680～700nm； %.Pk+qXfy  
 ④是紅外LED使用GaAs材料，發光譜峰λp = 910nm； （~:,1=[5  
 ⑤是Si光電二極管，通常作光電接收用。 8­gSVi.k  
 由圖可見，無論什么材料制成的LED，都有一個相對光強度zui強處（光輸出zui大），與之相對應有一個波長，此波長叫峰值波長，用λp表示。只有單色光才有λp波長。 Lv/~<<-B  
 ⑵譜線寬度：在LED譜線的峰值兩側±△λ處，存在兩個光強等于峰值（zui大光強度）一半的點，此兩點分別對應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，LED半寬小于40 nm。 2W; \  
 ⑶主波長：有的LED發光不單是單一色，即不僅有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長。主波長就是人眼所能觀察到的，由LED發出主要單色光的波長。單色性越好，則λp也就是主波長。 ^）fLN!SxQw  
 如GaP材料可發出多個峰值波長，而主波長只有一個，它會隨著LED長期工作，結溫升高而主波長偏向長波。 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，它標志器件的性能優劣。F為LED向各個方向發光的能量之和，它與工作電流直接有關。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。目前單色LED的光通量zui大約1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（小芯片），對于1mm×1mm的功率級芯片制成白光LED，其F=18 lm。 _+= dR+O  
  2.4 發光效率和視覺靈敏度 <PC?_U]|  
 ① LED效率有內部效率（pn結附近由電能轉化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來分析和評價芯片優劣的特性。 Hf0@HVl2H  
  LED光電zui重要的特性是用輻射出光能量（發光量）與輸入電能之比，即發光效率。 @mH<q8­）|  
 ②視覺靈敏度是使用照明與光度學中一些參量。人的視覺靈敏度在λ = 555nm處有一個zui大值680 lm/w。若視覺靈敏度記為Kλ，則發光能量P與可見光通量F之間關系為 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ K+t{8s-6 s  
 ③發光效率——量子效率η=發射的光子數/pn結載流子數=（e/hcI）∫λPλdλ 1Gz?WiL]  
 若輸入能量為W=UI，則發光能量效率ηP=P/W hm$3wpo7  
 若光子能量hc=ev,則η≈ηP ，則總光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P &Y z`I^M  
 ④流明效率：LED的光通量F/外加耗電功率W=KηP 3 K?0w}  
 它是評價具有外封裝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，故也叫可見光發光效率。 i|1n45r8­.  
 xQ' Ud0  
 以下列出幾種常見LED流明效率（可見光發光效率）：dh­U9  
  LED發光顏色 λp（nm）材料可見光發光效率（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>  
 品質優良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發出的光盡可能多，即外部效率要高。事實上，LED向外發光僅是內部發光的一部分，總的發光效率應為 x eRALap  
  η=ηiηcηe ，式中ηi向為p、n結區少子注入效率，ηc為在勢壘區少子與多子復合效率，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。當芯片發出光在晶體材料與空氣界面時（無環氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對光有相當一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。 {@Mq（-M  
 為了進一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：①用折射率較高的透明材料（環氧樹脂n=1.55并不理想）覆蓋在芯片表面；②把芯片晶體表面加工成半球形； E9F>-_i/  
 ③用Eg大的化合物半導體作襯底以減少晶體內光吸收。有人曾經用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[成分As-S（Se）-Br（I）]且熱塑性大的作封帽，可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。 （YE