LED 光谱分布曲线规律解说

1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O ;P|-+_6a\Y  
  4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯 P"+ l­t（3  
 ①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp = 460～465nm； 0L=V^0Ob3F  
 ②是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm； C*c|（M*!v  
 ③是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm； %.Pk+qXfy  
 ④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm； （~:,1=[5  
 ⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。 8­gSVi.k  
 由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度zui强处（光输出zui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。 Lv/~<<-B  
 ⑵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（zui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。 1b7ulDO  
 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。 2W; \  
 ⑶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。 ^）fLN!SxQw  
 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。 CQUsAJ$IY  
  2.3 光通量 T DT;Sj[  
 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）。 [1]vKlF%% t  
  LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。目前单色LED的光通量zui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。 _+= dR+O  
  2.4 发光效率和视觉灵敏度 <PC?_U]|  
 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。 Hf0@HVl2H  
  LED光电zui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。 @mH<q8­）|  
 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zui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之间关系为 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ K+t{8s-6 s  
 ③发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ 1Gz‑WiL]  
 若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W hm$3wpo7  
 若光子能量hc=ev,则η≈ηP ，则总光通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/外加耗电功率W=KηP 3 K‑0w}  
 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。 i|1n45r8­.  
 xQ' Ud0  
 以下列出几种常见LED流明效率（可见光发光效率）：dh­U9  
  LED发光颜色 λp（nm）材料可见光发光效率（lm/w）外量子效率 @e=2DR.{I  
 zui高值平均值 aK2%e`,n  
 红光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2 F ­?g~  
 黄光 590 GaP:N-N 0.45 0.1 &7LbtqZQC  
 绿光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15 P|9-K?_Tg&  
 蓝光 465 GaN 10 v SpPi
N  
 白光谱带 GaN+YAG 小芯片1.6，大芯片18 m7~Bo4ETW>  
 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 x eRALap  
  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。 I ;ynpJ&  
 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。 {@Mq（-M  
 为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：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； E9F>-_i/  
 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。 （YE