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          LED應(yīng)用知識(shí)分享

          作者: 時(shí)間:2011-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            1、單個(gè)led流明效率與用作光源構(gòu)成的燈具的流明效率有什么異同?

            針對(duì)某一個(gè)特定的,加上規(guī)定的正向偏置,例如加上IF=20mA正向電流后(對(duì)應(yīng)的VF≈3.4V),測(cè)得的輻射光通量Φ=1.2lm,則這個(gè)的流明效率為:

            η=1.2lm×1000/3.4V×20mA=1200/68≈17.6lm/W

            顯然,對(duì)于單個(gè)LED,如施加的電功率Pe=VF×IF,那么在這個(gè)功率下測(cè)得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個(gè)LED的流明效率。

            但是,作為一個(gè)燈具,不論LED PN結(jié)上實(shí)際加上的功率VF×IF是多少,燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率,它包括了電源部分(如穩(wěn)壓器、穩(wěn)流源、交流整流成直流電源部分等)所消耗的功率。燈具中,驅(qū)動(dòng)電路的存在使它的流明效率比測(cè)試單個(gè)LED的流明效率要下降。電路損耗越大,流明效率越低,因此,尋找一種高效率的LED驅(qū)動(dòng)電路就顯得極為重要。

            2、為什么一只藍(lán)光LED在涂上特殊的熒光粉構(gòu)成的后,其輻射光通量會(huì)比藍(lán)光高出幾倍甚至十幾倍?

            從前面我們已經(jīng)知道是用什么方法制造出來的,其中一種方法是在發(fā)藍(lán)光的LED芯片上涂上一層YAG熒光粉,部分藍(lán)光光子激發(fā)YAG熒光粉,形成光電轉(zhuǎn)換,熒光粉被激發(fā)產(chǎn)生黃光光子,藍(lán)色光與黃色光混合變成白色光,成為。這種通過光?光轉(zhuǎn)換后不同波長(zhǎng)的光的混合,會(huì)使它的波譜變寬,白光LED一般具有比LED藍(lán)光波譜寬得多的波譜。對(duì)于用藍(lán)光芯片加YAG熒光粉制成的白光LED,與單色LED相比,人眼對(duì)它的視覺函數(shù)應(yīng)當(dāng)是各種波長(zhǎng)成分視覺函數(shù)的積分平均值,此值可以通過計(jì)算得到約為296lm,即這種白光LED,當(dāng)發(fā)射出光功率1W的白光時(shí),其輻射光通量約為296lm,這個(gè)數(shù)值比發(fā)射光功率1W的藍(lán)色LED的輻射光通量41增大了7.2倍。

            3、什么是LED的結(jié)溫?它是如何產(chǎn)生的?

            LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體的PN 結(jié)。實(shí)驗(yàn)指出,當(dāng)電流流過LED器件時(shí),PN結(jié)的溫度將上升,嚴(yán)格意義上說,就把PN結(jié)區(qū)的溫度定義為L(zhǎng)ED的結(jié)溫。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸,因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結(jié)溫。

            窗口層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電的銀膠等均存在一定的電阻值,這些電阻值相互壘加,構(gòu)成LED的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過PN結(jié)時(shí),同時(shí)也會(huì)流過這些電阻,從而也會(huì)產(chǎn)生焦?fàn)枱?,引起芯片溫度或結(jié)溫升高;由于LED芯片材料于周圍介相比,具有大得多的折射系數(shù),致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的大部分光無(wú)法順利地溢出界面,而在芯片與介質(zhì)界面產(chǎn)生全反射,返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射最終被芯片材料或襯底吸收,并以晶格振動(dòng)的形式變成熱,促使結(jié)溫升高。

            4、為什么LED PN結(jié)上溫度升高會(huì)引起它的光電參數(shù)退化?

            PN結(jié)作為雜質(zhì)半導(dǎo)體在其工作過程中,同樣存在雜質(zhì)電離、本征激發(fā)、雜質(zhì)散射和晶格散射等問題,從而使復(fù)合栽流子轉(zhuǎn)換成光子的數(shù)量和效能發(fā)生變化。當(dāng)PN結(jié)的溫度(例如環(huán)境溫度)升高時(shí),PN結(jié)內(nèi)部雜質(zhì)電離加快,本征激發(fā)加速。當(dāng)本征激發(fā)產(chǎn)生的復(fù)合載流子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過雜質(zhì)濃度時(shí),本征載流子的數(shù)量增大的影響較之遷移率減小的半導(dǎo)體電阻率變化的影響更為嚴(yán)重,導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降,溫度升高又導(dǎo)致電阻率下降,使同樣IF下,VF降低。如果不用恒流源驅(qū)動(dòng)LED,則VF降將促使IF指數(shù)式增加,這個(gè)過程將使LED PN 結(jié)上溫升更加快,最終溫升超過最大結(jié)溫,導(dǎo)致LED PN結(jié)失效,這是一個(gè)正反饋的惡性過程。

            PN結(jié)上溫度升高,使半導(dǎo)體PN結(jié)中處于激發(fā)態(tài)的電子?空穴復(fù)合時(shí)從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射出光子的過程發(fā)生退化。這是由于PN結(jié)上溫度升高時(shí),半導(dǎo)體晶格的振幅增大,使振動(dòng)的能量也發(fā)生增加,當(dāng)它超過一定值時(shí),電子?空穴從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)回與晶格原子(或離子)交換能量,于是成為無(wú)光子輻射的躍遷,LED的光學(xué)性能退化。

            另外,PN結(jié)上溫度升高還會(huì)引起雜質(zhì)半導(dǎo)體中電離雜質(zhì)離子所形成的晶格場(chǎng)使離子能級(jí)裂變,能級(jí)分裂受PN結(jié)溫度影響,這就意味著由于溫度影響晶格振動(dòng),使其晶格場(chǎng)的對(duì)稱性發(fā)生變化,從而引起能級(jí)分裂,導(dǎo)致電子躍遷時(shí)產(chǎn)生的光譜發(fā)生變化,這就是LED發(fā)光波長(zhǎng)隨PN 結(jié)溫升而變化的原因。

            綜合上述,LEN PN結(jié)上溫升會(huì)引起它的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能的變化,過高的溫升還會(huì)引起LED封裝材料(例如環(huán)氧、熒光粉等)物理性能的變化,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致LED失效,所以降低PN結(jié)溫升,是應(yīng)用LED的重要關(guān)鍵所在。

            5、為什么說提高光效可降低結(jié)溫?

            通常將單位輸入電功率所產(chǎn)生的光能稱之為光電轉(zhuǎn)換效率簡(jiǎn)稱光效。根據(jù)能量守恒定律,LED的輸入功率最終將通過光與熱兩種形式釋放出來,光效越高放出的熱量越少,LED芯片的溫升就越小,這就是提高光效可降低結(jié)溫的基本原理。

            6、如何實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光、調(diào)色?

            由于LED的發(fā)光強(qiáng)度IV(或光輻射通量)與它的工作電流IF在一定電流范圍內(nèi)呈縣性關(guān)系,即隨著電流IF增大,IV也隨之增大,因此,改變LED的IF,就可以改變它的發(fā)光強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

            由色度學(xué)原理可以知道,如果將紅、綠、藍(lán)三原色作混合,在適當(dāng)?shù)娜?span id="xldfhvj" class=hrefStyle>亮度比的組合下,理論上可以獲得無(wú)數(shù)種色彩,這就可以用三種發(fā)光波長(zhǎng)的LED,只要具有例如:470nm(藍(lán)色)、525 nm(綠色)和620 nm(紅色)的三種波長(zhǎng)的LED通過點(diǎn)亮和IF控制,就可以實(shí)現(xiàn)色彩的調(diào)控,即調(diào)色。

            7、什么是靜電破壞?哪些類型的LED容易受靜電破壞導(dǎo)致失效?

            靜電實(shí)際是由電荷累積構(gòu)成。人們?cè)谌粘I钪?,特別是在干燥天氣環(huán)境中,當(dāng)用手去觸摸門窗類物品時(shí)會(huì)感覺“觸電”,這就是門窗類物品靜電積累到一定程度時(shí)對(duì)人體的“放電”。對(duì)于羊毛織品、尼龍化纖物品,靜電積累的電壓可高達(dá)一萬(wàn)多伏特,電壓十分高,但靜電功率不大,不會(huì)威脅生命,然而對(duì)于某些電子器件卻可以致命,造成器件失效。

            LED中用GN基構(gòu)成的器件,由于是寬禁帶半導(dǎo)體材料,它的電阻率較高,對(duì)于InGaN/AlGaN/GaN的雙異質(zhì)結(jié)藍(lán)色光LED,其InGaN的有源層的厚度一般只有幾十納米,再由于這種LED的兩個(gè)正、負(fù)電極在芯片同一面上,之間距離很小,若兩端的靜電電荷累積到一定值時(shí),這一靜電電壓會(huì)將PN擊穿,使其漏電增大,嚴(yán)重時(shí)PN結(jié)擊穿短路,LED失效。

            正因?yàn)榇嬖陟o電威脅,對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的LED芯片和器件在加工過程中對(duì)加工廠地、機(jī)器、工具、儀器,包括員工服裝均要采取防靜電措施,確保不損傷LED。另外,在芯片和器件的包裝上也要采用防靜電材料。



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