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LED電學、光學、熱學特性(三)

星之球激光 來源:21ic2012-08-18 我要評論(0 )   

品質優(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。事實上,LED向外發(fā)光僅是內部發(fā)光的一部分,總的發(fā)光效率應為 =ice,式中i向為p、n結區(qū)...

     品質優(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。事實上,LED向外發(fā)光僅是內部發(fā)光的一部分,總的發(fā)光效率應為

  η=ηiηcηe,式中ηi向為p、n結區(qū)少子注入效率,ηc為在勢壘區(qū)少子與多子復合效率,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。當芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時(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一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。

  為了進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大的化合物半導體作襯底以減少晶體內光吸收。有人曾經用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[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與方向無關為常數(shù)。晴朗的藍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,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,環(huán)境溫度升高,ηc(復合效率)下降,BO減小。當環(huán)境溫度不變,電流增大足以引起pn結結溫升高,溫升后,亮度呈飽和狀態(tài)。

 

  2.6 壽命

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

  通常把亮度降到Bt=1/2BO所經歷的時間t稱為二極管的壽命。測定t要花很長的時間,通常以推算求得壽命。測量方法:給LED通以一定恒流源,點燃103~104小時后,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。

  長期以來總認為LED壽命為106小時,這是指單個LED在IF=20mA下。隨著功率型LED開發(fā)應用,國外學者認為以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 熱學特性

  LED的光學參數(shù)與pn結結溫有很大的關系。一般工作在小電流IF<10mA,或者10~20mA長時間連續(xù)點亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高,LED的主波長或λp就會向長波長漂移,BO也會下降,尤其是點陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應專門設計散射通風裝置。#p#分頁標題#e#

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

  由式可知,每當結溫升高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、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或專門通用設備、確保LED長期工作

 

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