2.1.2发光强度的角分布Iθ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)
⑴为获得高指向性的角分布(如图1)
①LED管芯位置离模粒头远些;
②使用圆锥状(子弹头)的模粒头;
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右,大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)圆形LED:5°、10°、30°、45°
2.2发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED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/GaN2绿光GaP:N3红光GaP:Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管,发光谱峰λp=460~465nm
②是绿色GaP:N的LED,发光谱峰λp=550nm;
③是红色GaP:Zn-O的LED,发光谱峰λp=680~700nm;
④是红外LED使用GaAs材料,发光谱峰λp=910nm;
⑤是Si光电二极管,通常作光电接收用。
由图可见,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λp表示。只有单色光才有λp波长。
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(最大光强度)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。
半高宽度反映谱线宽窄,即LED单色性的参数,LED半宽小于40nm。
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。
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1lm,白光LED的F≈1.5~1.8lm(小芯片),对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED,其F=18lm。
2.4发光效率和视觉灵敏度
①LED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λ=555nm处有一个最大值680lm/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