LED主要特性.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,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:,一.电学特性：,a.I-V,特性、,b.C-V,特性,二.光学特性：,a.,光谱响应特性、,b.,发光光强指向特性、,c.,时间特性。,三.熱學特性:,发光二极管主要参数与特性,發光二極體(Light Emitting Diode,LED)是一種具有兩個電極端子，在端子間施加電壓，通入極小的電流，即可發出光亮的光電元件.,（3）反向死区：,V0,时,pn,结加反偏压,V=-V,R,时，反向漏电流,I,R,（V=-5V）,时，,GaP,为0,V，GaN,为10,uA。,（4）,反向击穿区,V-V,R,，V,R,称为反向击穿电压；,V,R,电压对应,I,R,为反向漏电流。当反向偏压一直增加使,V-V,R,时，则出现,I,R,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,V,R,也不同。,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。,一 .,LED,电学特性,(1)正向死区：（图,oa,或,oa,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，,GaAs,为1,V，,红色,GaAsP,为1.2,V，GaP,为1.8,V，GaN,为2.5,V。,（2）,正向工作区：电流,I,F,与外加电压呈指数关系,I,F,=I,S,(e,qVF/KT,1)I,S,为反向饱和电流。,V0,时，,VV,F,的正向工作区,I,F,随,V,F,指数上升,I,F,=I,S,e,qVF/KT,1.2,C-V,特性,C-V,特性呈二次函数关系（如图2）。由1,MH,Z,交流信号用,C-V,特性测试仪测得。,鉴于,LED,的芯片有:,99,mil(250250um)，,1010mil，,1111mil(280280um)，,1212mil(300300um)，,故,pn,结面积大小不一，使其结电容（零偏压）,Cn+pf,左右。,当流过,LED,的电流为,I,F,、,管压降为,U,F,则功率消耗为,P=U,F,I,F,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=K,T,（Tj Ta）。,1.3 最大允许功耗,PF m,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,-5,S，CRT、PDP、LED,都达到10,-6,10,-7,S（us,级）。,1.4 响应时间,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,t,r,、t,f,。,图中,t,0,值很小，可忽略。,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,t,r,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,t,f,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,-9,S，GaP,为10,-7,S。,因此它们可用在10100,MH,Z,高频系统。,二.,LED,光学特性,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。,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：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90。当偏离正法向不同,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。,发光强度的角分布,I,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）,LED,管芯位置离模粒头远些；,使用圆锥状（子弹头）的模粒头；,封装的环氧树脂中勿加散射剂。,采取上述措施可使,LED 21/2=6,左右，大大提高了指向性。,当前几种常用封装的散射角（2,1/2,角）,圆形,LED：5、10、30、45,为获得高指向性的角分布（如图1）,2.1 发光法向光强及其角分布,I,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。,LED,的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及,pn,结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。,下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得,LED,光谱响应曲线。其中,LED,光谱分布曲线,1 蓝光,InGaN/GaN,2,绿光,GaP:N,3,红光,GaP:Zn-O,4,红外,GaAs,5 Si,光敏光电管,6 标准钨丝灯,是蓝色,InGaN/GaN,发光二极管，发光谱峰,p=460465nm；,是绿色,GaP:N,的,LED，,发光谱峰,p=550nm；,是红色,GaP:Zn-O,的,LED，,发光谱峰,p=680700nm；,是红外,LED,使用,GaAs,材料，发光谱峰,p=910nm；,是,Si,光电二极管，通常作光电接收用。,由上图可见，无论什么材料制成的,LED，,都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用,p,表示。只有单色光才有,p,波长。,谱线宽度：,在,LED,谱线的峰值两侧,处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应,p-，p+,之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。,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。,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,p,也就是主波长。,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。,2.3 光通量,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）。,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,的光通量最大约1,lm，,白光,LED,的,F1.51.8 lm（,小芯片）,，对于1,mm1mm,的功率级芯片制成白光,LED，,其,F=18 lm。,2.4 发光效率和视觉灵敏度,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。,LED,光电最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。,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,=555nm,处有一个最大值680,lm/w。,若视觉灵敏度记为,K,，,则发光能量,P,与可见光通量,F,之间关系为,P=P,d,；F=K,P,d,3.发光效率量子效率,=,发射的光子数/,pn,结载流子数=（,e/h,c,I）P,d,若输入能量为,W=UI，,则发光能量效率,P,=P/W,若光子能量,hc=ev,则,P,，,则总光通,F=（F/P）P=K,P,W,式中,K=F/P,4.流明效率：,LED,的光通量,F/,外加耗电功率,W=K,P,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。,以下列出几种常见,LED,流明效率（可见光发光效率）：,LED,发光颜色,p,（,nm,）,材料,可见光发光效率（lm/w）,外量子效率,最高值,平均值,红光,700,660,650,GaP,:,Zn-O,GaAlAs,GaAsP,2.4,0.27,0.38,12,0.5,0.5,13,0.3,0.2,黄光,590,GaP,:,N-N,0.45,0.1,绿光,555,GaP,:,N,4.2,0.7,0.0150.15,蓝光,465,GaN,10,白光,谱带,GaN+YAG,小芯片1.6，,大芯片18,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:,=,i,c,e,，,式中,i,向为,p、n,结区少子注入效率，,c,为在势垒区少子与多子复合效率，,e,为外部出光（光取出效率）效率。,由于,LED,材料折射率很高,i,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（,n,1,-1）,2,/（n,1,+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。,为了进一步提高外部出光效率,e,可采取以下措施：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；把芯片晶体表面加工成半球形；,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=2.42.6,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46倍。,若光源表面是理想漫反射面，亮度,B,O,与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000,Nit（,尼特），从地面看太阳表面亮度约为1410,8,Nit。,亮度是,LED,发光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度,B,O,=I,O,/A，,指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为,cd/m,2,或,Nit。,LED,亮度与外加电流密度有关，一般的,LED，J,O,（,电流密度）增加,B,O,也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，,c,（,复合效率）下降，,B,O,减小。当环境温度不变，电流增大足以引起,pn,结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。,2.5 发光亮度,老化：,LED,发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器,件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为:,B,t,=B,O,e,-t/,，B,t,为,t,时间后的亮度，,B,O,为初始亮度。,通常把亮度降到,B,t,=1/2B,O,所经历的时间,t,称为二极管的寿命。测定,t,要花很,长的时间，通常以推算求得寿命。,测量方法：给,LED,通以一定恒流源，点燃10,3,10,4,小时后，先后测得,B,O,，B,t,=100010000，,代入,B,t,=B,O,e,-t/,求出,；,再把,B,t,=1/2B,O,代入，可求出寿命,t。,长期以来总认为,LED,寿命为10,6,小时，这是指单个,LED,在,I,F,=20mA,下。随着功率型,LED,开发应用，国外学者认为以,LED,的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如,LED,的光衰减为原来35%，寿命6000,h。,2.6 寿命,三.,热 学 特 性,LED,的光学参数与,pn,结结温有很大的关系。,一般工作在小电流,I,F,10mA，,或者1020,mA,长时间连续点亮,LED,温升不明显。,若环境温度较高，,LED,的主波长或,p,就会向长波长漂移，,B,O,也会下降，尤其,是点阵、大显示屏的温升对,LED,的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。,LED,的主波长随温度关系可表示为,p（T）=,0,（T,0,）+T,g,0.1nm/,由上式可知，,每当结温升高10，则波长向长波漂移1,nm，,且发光的均匀性、一致性变差。,这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、,光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保,LED,长期工,作。,用白色LED为显示器或其他照明设备作背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是：LED正向导通电压的典型值,3.0V4.0V,，驱动电流为,20mA,。如果只是用一个固定的正向电压驱动LED，可能会产生变化范围较大的正向电流。,图1给出了6个随机的白色LED的正向电流随正向电压的变化关系曲线，如果用3.4V驱动这6只LED，相应的正向电流差别较大：10mA44mA，取决于具体的LED特性曲线。为保证可靠性，驱动LED的电流必须低于LED额定值的要求，典型最大值一般为30mA，,但是，从图2可以看出：当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50时电流需限制在20mA以内。通过观察图1、图2不难得出这样的结论：,只是用恒压方式驱动白色LED的方案可靠性较差,。另外，用,恒定电流驱动白色LED,还可以,获得亮度和色度的一致性,。,白色LED的恒流驱动,图3给出了几种通用的白色LED驱动电路，图4是对应的、用图1所示6只LED进行测试时得到的电流调节精度。图4中调节器的输出负载曲线画在LED Vf曲线图上，两条曲线的交点是各个LED的调节工作点。图3a所示电路用稳压源配合镇流电阻控制LED的电流，这种结构的优点是选择电压源的余地很大，调节器与LED之间只需要一个连接端点；缺点是效率较低，这主要是镇流电阻的损耗造成的，另外，它对LED正向电流的控制不是很精确。从图4a测试曲线可以看出6只不同LED的电流变化范围是：14.2mA18.4mA，由厂商A提供的LED平均亮度要比厂商B提供的LED高2mA。,图3b所示电路用于调节LED的总电流，镇流电阻用于实现各LED之间的匹配。MAX1910采用的就是这种结构，这种电路在驱动同一厂商提供的同一批次的产品时可以获得较好的效果，图3b中可以采用阻值较小的镇流电阻，这样，与图3a相比，当控制电流相同时可减小电流损耗。图4b给出了不同LED驱动电流的变化情况，各LED平均控制电流相同：17.5mA，从图4b可以看出：电流变化范围在15.4mA19.6mA，这种结构的缺陷是镇流电阻耗电较大，而且，各LED电流的匹配性不是很好。但与图3a相比，这种电路折衷考虑了性能和电路的简易程度，适用于一些对成本要求较高的低端产品。,图3c可分别调节各LED的电流，无需镇流电阻。电流调节精度和匹配度取决于每个独立的电流调节器，MAX1570采用了这种电流源结构，电流精度为2%、匹配度达0.3%。由于电流调节器允许较低的压差，可以获得较高的效率。图4c表明所有被测试的6只白色LED电流均保持在稳定的17.5mA，由于省去了镇流电阻，可有效节省线路板面积，但在调节器与LED之间需要四个连接端。这种电路能够提供较高的性能指标，是基于电感结构的竞争方案。,图3d是一种基于电感的升压电路，将其配置为电流调节器，转换效率较高。较低的反馈门限进一步减小了检流电阻的功率消耗，另外，因为LED按照串联方式连接，任何工作条件下都能够使LED的亮度保持一致。电流精度取决于调节器反馈门限的精度，不受LED正向导通电压变化的影响。MAX1848和MAX1561是这种电流调节电路的两个典型范例，转换效率可以达到87%(3只串联LED)或84%(6只串联LED)。这种电路的另一个优点是在调节器与LED之间只需要两个连接端点，为用户的设计提供了一定的灵活性。但是，由于电路中采用了电感，与上述方案相比尺寸较大、成本较高、EMI辐射也较大。,图4 各个白色LED的正向电压(Vf)对调节电流精度的影响不同，取决于调节电路的结构,赠送精美图标,1,、字体安装与设置,如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。,在,“,开始”,选,项卡,中,，点击“,替,换”按,钮右,侧箭,头,，,选,择“,替,换,字,体,”。（如下,图）,在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）,在“替换为”下拉列表中选择替换字体。,点击“替换”按钮，完成。,29,2,、替换模板中的图片,模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。,方法一：更改图片,选中模版中的图,片,（,有些图片与其他,对象,进行了组合，,选,择,时,一定要选中图,片 本身，而不是组合）。,单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）,注意：,为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。,29,PPT,放映设置,PPT,放映场合不同，放映的要求也不同，下面将例举几种常用的放映设置方式。,让PPT停止自动播放,1.,单击,”,幻灯片放映,”,选项卡，去除“使用计时”选项即可。,让PPT进行循环播放,1.,单击”幻灯片放映”选项卡中的“设置幻灯片放映”，在弹出对话框中勾选“循 环放映，按,ESC,键终止”。,30,赠送精美图标,1,、字体安装与设置,如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。,在,“,开始”,选,项卡,中,，点击“,替,换”按,钮右,侧箭,头,，,选,择“,替,换,字,体,”。（如下,图）,在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）,在“替换为”下拉列表中选择替换字体。,点击“替换”按钮，完成。,32,2,、替换模板中的图片,模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。,方法一：更改图片,选中模版中的图,片,（,有些图片与其他,对象,进行了组合，,选,择,时,一定要选中图,片 本身，而不是组合）。,单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）,注意：,为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。,32,PPT,放映设置,PPT,放映场合不同，放映的要求也不同，下面将例举几种常用的放映设置方式。,让PPT停止自动播放,1.,单击,”,幻灯片放映,”,选项卡，去除“使用计时”选项即可。,让PPT进行循环播放,1.,单击”幻灯片放映”选项卡中的“设置幻灯片放映”，在弹出对话框中勾选“循 环放映，按,ESC,键终止”。,33,