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显微镜光源LED灯的特性及原理
点击次数:1266 发布时间:2013-01-09

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。 r^9.aE9F  
  1
LED电学特性 ,-M^hA$4`[1]  
  1.1 I-V
特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LEDI-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。=0  如左图: \'f^2hP K  
  (1)
正向死区:(图oaoa′段)a点对于V0 为开启电压,当VVa,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,GaAs1V,红色GaAsP1.2VGaP1.8VGaN2.5V   
 
2)正向工作区:电流IF与外加电压呈指数关系N# Vu6"yD  
  IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS
为反向饱和电流 CUJn­7{7  
  V
0时,VVF的正向工作区IF VF指数上升 IF = IS e qVF/KT K~oA j //  
 
3)反向死区V0pn结加反偏压k L_<7'Cw  
  V= - VR
时,反向漏电流IRV= -5V)时,GaP0VGaN10uA ="|l0 W\  
 
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。 |t!Pms'D7  
  1.2 C-V
特性 6?JW?.Ap  
 
鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)10×10mil11×11mil (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。 Er,R?sBJ.  
  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。 -O#&'lhe{  
  1.3
zui大允许功耗PF m .lfE`LX K  
 
当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF A>0"6%  
  LED
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TjTa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)。 ;tP$p9*z  
  1.4
响应时间 g].j'S6  
 
响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD(液晶显示)约10-3~10-5SCRTPDPLED都达到10-6~10-7Sus级)。 2_eDg­r
*{  
 
响应时间从使用角度来看,就是LED点亮与熄灭所延迟的时间,即图中tr tf 。图中t0值很小,可忽略。 ^W%k>­+d+  
 
响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 J,xl4- gi  
  LED
的点亮时间——上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始,一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。 N3mC  
  LED
熄灭时间——下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。

   不同材料制得的LED响应时间各不相同;如GaAsGaAsPGaAlAs其响应时间<10-9SGaP10-7 S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统。 gB - 

2 LED光学特性 Q+ wAH,=_  
 
发光二极管有红外(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。 xig53v  
  2.1
发光法向光强及其角分布 f9?&SVg^`  
  2.1.1
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zui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。 V7_)lHp~  
  2.1.2
发光强度的角分布是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。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) t+F< n6@R  
 
为获得高指向性的角分布(如图1 %rAK\OQN2  
 
LED管芯位置离模粒头远些; !b`p;|Qt  
 
使用圆锥状的模粒头; TpEY1
 
封装的环氧树脂中勿加散射剂。 \
j?>)u?b  

 
采取上述措施可使LED 2θ1/2 = 6°左右,大大提高了指向性。 VpuPO\VQ  
 
当前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)圆形LED10°30°45° 2[1]SJ 2MFl  
  2.2
发光峰值波长及其光谱分布 

  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数亦随之而定。 !>;`

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