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LED電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)特性(三)

星之球激光 來源:21ic2012-08-18 我要評(píng)論(0 )   

品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大,向外發(fā)出的光盡可能多,即外部效率要高。事實(shí)上,LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分,總的發(fā)光效率應(yīng)為 =ice,式中i向?yàn)閜、n結(jié)區(qū)...

     品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大,向外發(fā)出的光盡可能多,即外部效率要高。事實(shí)上,LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分,總的發(fā)光效率應(yīng)為

  η=ηiηcηe,式中ηi向?yàn)閜、n結(jié)區(qū)少子注入效率,ηc為在勢壘區(qū)少子與多子復(fù)合效率,ηe為外部出光(光取出效率)效率。

  由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。當(dāng)芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時(shí)(無環(huán)氧封裝)若垂直入射,被空氣反射,反射率為(n1-1)2/(n1+1)2=0.32,反射出的占32%,鑒于晶體本身對光有相當(dāng)一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。

  為了進(jìn)一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施:①用折射率較高的透明材料(環(huán)氧樹脂n=1.55并不理想)覆蓋在芯片表面;②把芯片晶體表面加工成半球形;③用Eg大的化合物半導(dǎo)體作襯底以減少晶體內(nèi)光吸收。有人曾經(jīng)用n=2.4~2.6的低熔點(diǎn)玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且熱塑性大的作封帽,可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。

 

  2.5 發(fā)光亮度

  亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù),具有很強(qiáng)方向性。其正法線方向的亮度BO=IO/A,指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量,單位為cd/m2或Nit。

  若光源表面是理想漫反射面,亮度BO與方向無關(guān)為常數(shù)。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為7000Nit(尼特),從地面看太陽表面亮度約為14×108Nit。

  LED亮度與外加電流密度有關(guān),一般的LED,JO(電流密度)增加BO(亮度)也近似增大。另外,亮度還與環(huán)境溫度有關(guān),環(huán)境溫度升高,ηc(復(fù)合效率)下降,BO減小。當(dāng)環(huán)境溫度不變,電流增大足以引起pn結(jié)結(jié)溫升高,溫升后,亮度呈飽和狀態(tài)。

 

  2.6 壽命

  老化:LED發(fā)光亮度隨著長時(shí)間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān),可描述為Bt=BOe-t/τ,Bt為t時(shí)間后的亮度,BO為初始亮度。

  通常把亮度降到Bt=1/2BO所經(jīng)歷的時(shí)間t稱為二極管的壽命。測定t要花很長的時(shí)間,通常以推算求得壽命。測量方法:給LED通以一定恒流源,點(diǎn)燃103~104小時(shí)后,先后測得BO,Bt=1000~10000,代入Bt=BOe-t/τ求出τ;再把Bt=1/2BO代入,可求出壽命t。

  長期以來總認(rèn)為LED壽命為106小時(shí),這是指單個(gè)LED在IF=20mA下。隨著功率型LED開發(fā)應(yīng)用,國外學(xué)者認(rèn)為以LED的光衰減百分比數(shù)值作為壽命的依據(jù)。如LED的光衰減為原來35%,壽命>6000h。

 

  3 熱學(xué)特性

  LED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF<10mA,或者10~20mA長時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高,LED的主波長或λp就會(huì)向長波長漂移,BO也會(huì)下降,尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。#p#分頁標(biāo)題#e#

  LED的主波長隨溫度關(guān)系可表示為λp(T′)=λ0(T0)+△Tg×0.1nm/℃

  由式可知,每當(dāng)結(jié)溫升高10℃,則波長向長波漂移1nm,且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)iT通用設(shè)備、確保LED長期工作

 

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