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  led 照明灯具的具体参数 LED 是操纵化合物材料制成 pn 结的光电器件。它具备 pn 结结型器件的电学本性:I-V 本性、C-V 本 性和光学本性:光谱响应本性、发光光强指向本性、时间本性以及热学本性。 1、LED 电学本性 1.1I-V 本性表征 LED 芯片 pn 结制备遵从首要参数。LED 的 I-V 本性具有非线性、整流本质:单导游 电性,即外加正偏压表示低交兵电阻,反之为高交兵电阻。 (1)正向死区:(图 oa 或 oa′段)a 点对付 V0为关闭电压,当 V (2)正向任务区:电流 IF 和外加电压呈指数干连 IF=IS(eqVF/KT–1)-------------------------IS 为反向饱和电流。 V0时,VVF 的正向任务区 IF 随 VF 指数上升 IF=ISeqVF/KT (3)反向死区:V0时 pn 结加反偏压 V=-VR 时,反向漏电流 IR(V=-5V)时,GaP 为0V,GaN 为10uA。 (4)反向击穿区 V-VR,VR 喻为反向击穿电压;VR 电压对应 IR 为反向漏电流。当反向偏压不停增进使 V-VR 时,则泛起 IR 俄然增进而泛起击穿现象。由于所用化合物材料种别差距,各种 LED 的反向击穿电 压 VR 也差距。 1.2C-V 本性 鉴于 LED 的芯片有9× 9mil(250× 250um),10× 10mil,11× 11mil(280× 280um),12× 12mil(300× 300um),故 pn 结面积大小纷歧,使其结电容(零偏压)C≈n+pf 支配。 C-V 本性呈二次函数干连(如图2)。由1MHZ 交流信号用 C-V 本性测试仪测得。 1.3最大允许功耗 PFm 当流过 LED 的电流为 IF、管压降为 UF 则功率损耗为 P=UF× IF LED 任务时,外加偏压、偏流未必促使载流子复合分发光,还有一一部分变为热,使结温上涨。若结 温为 Tj、外部状况温度为 Ta,则当 TjTa 时,内情热量借助管座向外传热,闲逸热量(功率),可表示为 P=KT(Tj–Ta)。 1.4响合时间 响合时间表征某一表示器跟踪外部动态变卦的快慢。 现有几种表示 LCD(液晶表示)约10-3~10-5S, CRT、 PDP、LED 都达到10-6~10-7S(us 级)。 ①响合时间从使用角度来看,就是 LED 点亮和燃烧所拖延的时间,即图中 tr、tf。图中 t0值很小,可 忽略。 ②响合时间首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 tr 是指接通电源使发亮光度达到畸形的10%开始,不停到发亮光度达到 畸形值的90%所经历的时间。 LED 燃烧时间——降落时间 tf 是匡畸形发光减弱至副本的10%所经历的时间。 差距材料制得的 LED 响合时间各不同样;如 GaAs、GaAsP、GaAlAs 其响合时间10-9S,GaP 为10-7S。 是以它们可用在10~100MHZ 高频体系。 2、LED 光学本性 发光二极管有红外(非可见)和可见光两个系列,前者可用辐射度,后者可用光度学来量度其光学本性。 2.1发光法向光强及其角分布 Iθ 2.1.1发光强度(法向光强)是表征发光器件发光强弱的紧要遵从。LED 大量应用要求是圆柱、圆球封装, 由于 凸透镜的感化,故都具有很强指向性:位于法向方向光强最大,其和程度面交角为90° 。当偏离处死 向差距 θ 角度,光强也随之变卦。发光强度随着差距封装形态 而强度交付角方向。 2.1.2发光强度的角分布 Iθ 是刻画 LED 发光在空间各个方向上光强分布。它首要取决于封装的工艺(包 含支架、模粒头、环氧树脂中增长散射剂和否) ⑴为获得高指向性的角分布(如图1) ①LED 管芯位子离模粒头远些; ②使用圆锥状(枪弹头)的模粒头; ③封装的环氧树脂中勿加散射剂。 采用上述措施可使 LED2θ1/2=6°支配,大大进步了指向性。 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入随着波长变卦而差距,绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线 必定往日,器件的无关主波长、纯度等干系色度学参数亦随之而定。 LED 的光谱分布和制备所用化合物半导体种别、本质及 pn 结布局(外延层厚度、搀和杂质)等无关,而 和器件的许多多少形态、封装方式无关。 LED 光谱分布曲线蓝光 InGaN/GaN2绿光 GaP:N3红光 GaP:Zn-O 4红外 GaAs5Si 光敏光电管6规范钨丝灯 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,一般作光电接收用。 不管甚么材料制成的 LED,都有一个相对光强度最强处(光输入最大),和之相对应有一个波长,此波 长叫峰值波长,用 λp 表示。只需单色光才有 λp 波长。 ⑵谱线宽度:在 LED 谱线的峰值双侧± λ 处,存在两个光强就是峰值(最大光强度)一半的点,此两点 △ 分袂对应 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 发光不单是繁多色,即不单有一个峰值波长;乃至有多个峰值,并不是单色光。 为此刻画 LED 色度本性而引入主波长。主波长就是人眼所能察看到的,由 LED 分发首要单色光的波长。 单色性越好,则 λp 也就是主波长。 如 GaP 材料可分发多个峰值波长,而主波长只需一个,它会随着 LED 长期任务,结温上涨而主波长 偏向长波。 2.3光通量 光通量 F 是表征 LED 总光输入的辐射能量,它标识表记标帜器件的遵从优劣。F 为 LED 向各个方向 发光的能量之和,它和任务电流直接无关。随着电流增进,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——光通量和芯片材料、封装工艺程度及外加恒流源大小无关。当前单色 LED 的光通量最或是大概1lm, 白光 LED 的 F≈1.5~1.8lm(小芯片), 对付1妹妹× 1妹妹的功率级芯片制成白光 LED, 其 F=18lm。 2.4发光死守和视觉灵便度 ①LED 死守有内情死守(pn 结附近由电能转化成光能的死守)和外部死守(辐射到外部的死守)。前者只 是用来剖析和评价芯片优劣的本性。 LED 光电最紧要的本性是用辐射出光能量(发光量)和输入电能之比,即发光死守。 ②视觉灵便度是使用照明和光度学中一些参量。 人的视觉灵便度在 λ=555nm 处有一个最大值680lm/w。 若视觉灵便度记为 Kλ,则发光能量 P 和可见光通量 F 之间干连为 P=∫Pλdλ;F=∫KλPλdλ ③发光死守——量子死守 η=发射的光子数/pn 结载流子数=(e/hcI)∫λPλdλ 若输入能量为 W=UI,则发光能量死守 ηP=P/W 若光子能量 hc=ev,则 η≈ηP,则总光通 F=(F/P)P=KηPW 式中 K=F/P ④流明死守:LED 的光通量 F/外加耗电功率 W=KηP 它是评价具有外封装 LED 本性, LED 的流明死守高指在相同外加电流下辐射可见光的能量较大, 故也 叫可见光发光死守。 如下列出几种常见 LED 流明死守(可见光发光死守): LED 发光颜色 λp(nm)材料可见光发光死守(lm/w)外量子死守 最高值均匀值 红光700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2 黄光590GaP:N-N0.450.1 绿光555GaP:N4.20.70.015~0.15 蓝光465GaN10 白光谱带 GaN+YAG 小芯片1.6,大芯片18 风致优良的 LED 要求向外辐射的光能量大,向外分发的光尽大概多,即外部死守要高。后果上,LED 向外发光仅是内情发光的一一部分,总的发光死守应为 η=ηiηcηe, 式中 ηi 向为 p、 结区少子注入死守, 为在势垒区少子和多子复合死守, 为外部出光(光 n ηc ηe 掏出死守)死守。 由于 LED 材料折射率很高 ηi≈3.6。当芯片分发光在晶体材料和空气界面时(无环氧封装)若垂直入射, 被空气反射,反射率为(n1-1)2/(n1+1)2=0.32,反射出的占32%,鉴于晶体本人对光有相称一一部分的吸引, 是以大大低落了外部出光死守。 为了进一步进步外部出光死守 ηe 可采用如下措施:①用折射率较高的无色材料(环氧树脂 n=1.55并不 志向)笼盖在芯片轮廓;②把芯片晶体轮廓加工成半球形; ③用 Eg 大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸引。有人已经用 n=2.4~2.6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 死守进步4~6倍。 2.5发亮光度 亮度是 LED 发光遵从又一紧要参数,具有很强方向性。其处死线方向的亮度 BO=IO/A,指定某方向 上发光体轮廓亮度就是发光体轮廓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/m2或 Nit。 若光源轮廓是志向漫反射面,亮度 BO 和方向无关为常数。清朗的蓝天和荧光灯的轮廓亮度约为 7000Nit(尼特),从地面看太阳轮廓亮度约为14× 108Nit。 LED 亮度和外加电流密度无关,一般的 LED,JO(电流密度)增进 BO 也同样增大。另外,亮度还和状 况温度无关,状况温度上涨,ηc(复合死守)降落,BO 减小。当状况温度波动,电流增大足以引起 pn 结结 温上涨,温升后,亮度呈饱和形态。 2.6寿命 老化:LED 发亮光度随着耐久任务而泛起光强或亮光度衰减现象。器件老化程度和外加恒流源的大小 无关,可刻画为 Bt=BOe-t/τ,Bt 为 t 时间后的亮度,BO 为初始亮度。 一般把亮度降到 Bt=1/2BO 所经历的时间 t 喻为二极管的寿命。测定 t 要花很长的时间,ag追杀证据。一般以推算求 得寿命。 测量门径:给 LED 通以未必恒流源,扑灭103~104小时后,先后测得 BO,Bt=1000~10000,代 入 Bt=BOe-t/τ 求出 τ;再把 Bt=1/2BO 代入,可求出寿命 t。 长期以来总认为 LED 寿命为106小时,这是指单个 LED 在 IF=20mA 下。随着功率型 LED 开拓应用, 国外学者认为以 LED 的光衰减百分比数值作为寿命的根据。如 LED 的光衰减为副本35%,寿命6000h。 3、热学本性 LED 的光学参数和 pn 结结温有很大的干连。一般任务在小电流 IF10mA,大概10~20mA 耐久连气儿 点 亮 LED 温升不显着。若状况温度较高,LED 的主波长或 λp 就会向长波长漂移,BO 也会降落,十分是 点阵、大表示屏的温升对 LED 的可靠性、执着性影响应 特地打点散射通风装置。 LED 的主波长随温度干连可表示为 λp(T′)=λ0(T0)+△ Tg× 0.1nm/℃ 由式可知,每当结温上涨10℃,则波长向长波漂移1nm,且发光的平均性、差距性变差。这对付作为 照明用的灯具光源要求小型化、密集分列以进步单位面积上的光强、亮光度的打点十分应留神用散热好的 灯具外壳或特地通用装备、确保 LED 长期任务。 文章链接 led 照明灯具

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