LED光電參數(shù)定義及其詳解.doc

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1、LED光電參數(shù)定義及其詳解2.1LED發(fā)光原理LED的實質(zhì)性結(jié)構(gòu)是半導體PN結(jié)，核心部分由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。其發(fā)光原理可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來做解釋。制作半導體發(fā)光二極管的半導體材料是重摻雜的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。在常態(tài)下及PN結(jié)阻擋層的限制，二者不能發(fā)生自然復合，而當給PN結(jié)加以正向電壓時，由于外加電場方向與勢壘區(qū)的自建電場方向相反，因此勢壘高度降低，勢壘區(qū)寬度變窄，破壞了PN結(jié)動態(tài)平衡，產(chǎn)生少數(shù)載流子的電注入[16]?？昭◤腜區(qū)注入N區(qū)，同樣電子從

2、N區(qū)注入到P區(qū)，注入的少數(shù)載流子將同該區(qū)的多數(shù)載流子復合，不斷的將多余的能量以光的形式輻射出去。2.2可見光譜光是一定波長范圍內(nèi)的一種電磁輻射。電磁輻射的波長范圍很廣，最短的如宇宙射線，其波長只有千兆兆分之幾米(10-14-10-15m)，最長的如交流電，其波長可達數(shù)千公里。在電磁輻射范圍內(nèi)，只有波長為380nm到780nm的電磁輻射能夠引起人的視覺，這段波長叫做可見光譜，如圖2-1所示。圖2-1電磁輻射波譜圖2-1中所標數(shù)均以基本單位表示，即頻率為赫茲(Hz)，波長為米(m)。由于使用上述單位時，波長的數(shù)值太大，有必要使用更小的單位來度量可見光譜的波長，由此采用了標準毫

3、微米(又稱納米，符號為nm)，此處1nm=10-9m。人眼能起視覺反映的最長和最短波長780nm和380nm，它們分別處在光譜的紅色端與紫色端。在電磁輻射范圍內(nèi)，還有紫外線、x射線、γ射線以及紅外線、無線電波等?？梢姽?、紫外線和紅外線是原子與分子的發(fā)光輻射，稱為光學輻射。X射線、γ射線等是激發(fā)原子內(nèi)部的電子所產(chǎn)生的輻射，稱為核子輻射。電振動產(chǎn)生的電磁輻射稱為無線電波。對于人來說，能為眼睛感受并產(chǎn)生視覺的光學輻射稱為可見輻射；不能為眼睛感受，也不產(chǎn)生視覺的光學輻射稱為不可見輻射。因而，光學輻射可進一步分為可見輻射和不可見輻射。來自外界的可見輻射刺激人的視覺器官，在腦中產(chǎn)生光

4、、顏色、形狀等視覺印象，而獲得對外界的認識。不可見輻射刺激眼睛時不能產(chǎn)生視覺，而作用在皮膚上有時會產(chǎn)生其它感覺，如紫外線產(chǎn)生疼痛感覺，紅外線產(chǎn)生灼熱感覺。嚴格地說，只有那種能夠被眼睛感覺到的、并產(chǎn)生視覺現(xiàn)象的輻射才是可見輻射或可見光，簡稱光。本文所指的光也就是這個定義上的光。2.3LED發(fā)光器件光度學參數(shù)的測量[17][18][19]相關(guān)光度學與輻射度學參數(shù)有：1.光通量Φv(LuminousFlux)：通過發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時，器件光學窗口發(fā)射的光通量。2.發(fā)光強度Iv(LuminousIntensity)：光源在單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量，可表示為IV=dΦ/

5、dΩ。3.相對光譜能量(功率)分布P()(RelativeSpectralDistributions)：在光輻射波長范圍內(nèi)，各個波長的輻射能量分布情況。4.峰值發(fā)射波長p(Peak-emissionWavelength)：光譜輻射功率最大的值所對應的波長。5.光譜半波寬Δ(FullWidthHalfMaximum，F(xiàn)WHM)：峰值發(fā)射波長的輻射功率的1/2所對應兩波長的間隔。2.3.1LED光通量在輻射度學上，LED輻射通量E用來衡量發(fā)光二極管在單位時間內(nèi)發(fā)射的總的電磁功率，單位是W(瓦)。它通常表示LED在空間4π度范圍內(nèi)，每秒鐘所發(fā)出的功率。LED光源發(fā)射的輻射通量中

6、能引起人眼視覺的那部分，稱為光通量V，單位是流明(lm)，與輻射通量的概念類似，它是LED光源向整個空間在單位時間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。但要考慮人眼對不同波長的可見光的光感覺是不同的，國際照明委員會(CIE)為人眼對不同波長單色光的靈敏度作了總結(jié)，在明視覺條件(亮度為3cd/m2以上)下，歸結(jié)出人眼標準光度觀測者光譜光效率函數(shù)V()，它在555nm上有最大值，此時1W輻射通量等于683lm，如圖2-2所示，其中V’()為暗視覺條件(亮度為0.001cd/m2以下)下的光譜光視效率。圖2-2明視覺和暗視覺條件下的光譜光效率函數(shù)明視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表

7、達式可以表示為：（2-1）暗視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達式可以表示為：（2-2）通常的測量以明視覺條件作為測量條件，并且在LED的測量時，為了得到準確的測量結(jié)果，必須把LED發(fā)射的光輻射功率收集起來，并用合適的探測器(應具有CIE標準光度觀測者光譜光效率函數(shù)的光譜響應)將它線性地轉(zhuǎn)換成光電流，再通過定標確定被測量的大小[20]。2.3.2LED發(fā)光強度發(fā)光強度的概念要求光源是一個點光源，或者要求光源的尺寸和探測器的面積與離光探測器的距離相比足夠小，表示為IV=dΦC/dΩ，式中dΩ是點光源在某一方向上所張的立體角元如