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LED电学特性图文详解

2010-03-11 15:35
铁马老言
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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:光谱响应特性。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。
                                          

LED IV 特性曲线


  如上图:

  (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 CV 特性曲线

  1.3 最大允许功耗PFm

  当流过LED的电流为IF、管压降为UF 则功率消耗为P=UF×IF. 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)。

  1.4 响应时间

  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10-3~10-5S,CRT、PDP、LED 都达到10-6~10-7S(us 级)。

  1.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3中tr 、tf 。图中t0 值很小,可忽略。

  2. 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。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。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GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响应时间<10-9S,GaP 为10-7 S。因此它们可用在10~100MHZ 高频系统。

LED响应时间

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