Основные параметры и характеристики светодиодов

Светодиоды

Светодиодом или светоизлучающим диодом (СИД) называется полупро­водниковый прибор с переходом, протекание тока через который вызы­вает интенсивное некогерентное излучение.

Параметры и характеристики СИД можно разбить на две группы: к пер­вой отнести величины, характеризующие светодиод как генератор оптическо­го излучения, а ко второй - параметры, определяющие рабочие режимы. Кроме того, следует помнить, что в зависимости от назначения, например для индикаторных светодиодов, ИК-диодов, излучательных диодов для ВОЛС, может несколько изменяться система параметров и характеристик, приводимых в паспорте прибора. Рассмотрим последовательно основные параметры и характеристики СИД.

1. Сила света - обычно приводится при заданном значении прямого
тока через диод и измеряется в канделах. Аналогичным параметром для ИК-диодов является мощность излучения которая опреде­ ляется как поток излучения
определенного спектрального состава, излучаемый СИД при заданном прямом токе, и измеряемый в ваттах. Для быстро действующих ИК-диодов воз можно задание импульсной мощности излучения

2. Световая характеристика СИД - зависимость силы света от прямого тока, т.е. Графики зависи­мости для некото­рых типов светодиодов приве­дены на рис. 3.6. Как видно из приведенных зависимостей, на начальном участке при малых токах зависимость силы света

от протекающего тока существенно нелинейна из-за сильного влияния безиз-лучательных процессов. При значительных уровнях протекающего тока ха­рактеристика становится более линейной; обычно рабочая область выбирает­ся именно на этом участке.

Для светодиодов ИК-диапазона аналогичную роль выполняет ватт-амперная характеристика, показывающая зависимость мощности, излучаемой диодом, от протекающего прямого тока , а для некоторьгх приборов приводится

также зависимость импульсной мощности излучения от амплитуды импульса прямого тока (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Зависимости мощности излучения (а) и импульсной мощности излучения (б)

в отн. ед. от протекающего прямого и импульсного прямого тока соответственно

(показаны зоны разброса и усредненная кривая)

Как видно из рис. 3.7, ватт-амперные характеристики ИК-светодиодов более линейны по сравнению со световыми характеристиками диодов види­мого спектрального диапазона. Линейность сохраняется, за исключением малого начального участка, вплоть до очень высоких импульсивных токов инжекции. Это объясняется тем, что для ИК-светодиодов подбирают исклю­чительно материалы с прямозонной структурой, в то время как в светодиодах видимого спектра часто используют непрямозонные полупроводники с леги­рующими присадками.

3. Спектральная характеристика СИД - выражает зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света. Вид спектральной характеристики обычно целиком определяется материалом активной области светодиода и характером легирующих примесей. Спектральные характери­ стики современных светодиодов, изготовленных из различных материалов,приведены на рис. 3.8 [44].

Ин/ересно отметить, что спектральная характеристика светодиода на основе легированного одновременно азотом и оксидом цинка, имеет два

выраженных максимума в красном и зеленом участках спектра. В зависимо­сти от количества легирующих примесей, внедренных в структуру излучаю­щего кристалла при изготовлении, можно получить любые промежуточные цвета от зеленого до красного включительно. Примером светодиода, где реа­лизован этот принцип получения цветов, может служить ЗЛ341Е, обладаю­щий желтым цветом свечения.

Спектр излучения светодиода характеризуется двумя основными парамет­рами: длиной волны максимума спектрального распределения и шириной спектра излучения по уровню 0,5 от максимальной интенсивности

4. Диаграмма направленности излучения показывает изменение интен­
сивности излучения СИД в зависимости от направления, откуда ведется наблюдение. Диаграмма направленности зависит в основном от конструкции и материала корпуса светодиода и формы оптической линзы. С особым внима­нием к учету этой характеристики следует относиться при разработке эле­ментов индикации электронной аппаратуры для обеспечения удобств экс­плуатации; подробнее эти вопросы освещаются в [45].

5. Электрические свойства светодиодов описываются вольтамперной характеристикой, которая аналогична ВАХ обычного диода, но прямое падение напряжения на светодиоде при одина­ковом токе существенно больше,чем в кремниевом диоде, что объ­ясняется большей шириной за­прещенной зоны в материале,используемом для светодиодов.ВАХ некоторых светодиодов при­ведены на рис. 3.9.

6. Предельные эксплуатаци­онные режимы СИД описываютсяследующими параметрами: мак­симальный прямой ток светодио­да ; максимальный пря­мой импульсный ток ; максимально допустимое обратное напряжение

Следует помнить, что светодиоды не предназначены для работы в режи­ме обратного смещения. Величина максимально допустимого обратного на­пряжения обычно не превышает единиц вольт, поэтому использование СИД в цепях, где меняется полярность питающего напряжения, требует обеспечения мер защиты для предотвращения выхода СИД из строя.

7. Существенным недостатком светодиодов является сильная зависимость параметров от температуры окружающей среды, причем температурная зависи­мость проявляется как в изменении мощности излучения, так и в изменении спектрального состава (рис. 3.10). Например, при увеличении температуры окру­жающей среды на происходит уменьшение мощности излучения приблизи­тельно на . Температурный коэффициент длины волны максимума спектраль­ного распределения зависит от типа полупроводникового материала: для прямо-зонного материала значение этого коэффициента составляет около а для непрямозонного жоло 0,09

8. Быстродействие СИД достаточно велико и составляет приблизительно десятки наносекунд. Быстродействие является важнейшей характеристикой ИК-светодиодов, используемых для ВОЛС, и обычно в паспорте приводят постоянные времени нарастания и спада импульса излучения

Данный параметр приводится редко, так как не является основным для индикаторных СИД.

3.5.4. Перспективы развития и применения излучательных диодов

Основными направлениями совершенствования излучательных диодов в настоящее время являются:

расширение спектрального диапазона излучения в коротковолновую часть спектра, а в ИК-области освоение диапазона 1,5-3 мкм для волоконно-оптических линий связи нового поколения;

повышение эффективности электролюминесценции и вывода оптиче­ского излучения;

развитие многоцветных систем отображения информации для элек­тронных табло и дисплеев путем создания светодиодных индикаторов с большой (до нескольких квадратных сантиметров) площадью свечения, со­держащих один или несколько одноцветных или разноцветных кристаллов;

создание малогабаритных с высокой яркостью и малым током по­требления индикаторов для малогабаритной переносной аппаратуры, в том числе и предназначенной для эксплуатации при дневном освещении. Благо­даря достигнутым в последнее время успехам по созданию высокоэффектив­ных светодиодных источников излучения существенно расширилась их об­ласть применения. Например, ИК-диоды наряду с традиционным применени­ем в различных оптронных конструкциях и системах дистанционного управления и автоматики сейчас успешно конкурируют с лазерами в открытых и оптоволоконных линиях передачи информации при скоростях до 10 Мбит/с. Кроме того возможно их использование в охранных системах и для ИК-подсветки в технике ночного видения. Светодиоды видимого диапазона, кроме традиционного использования для индикации и отображения инфор­мации, могут применяться в медицинской аппаратуре и газоанализе, копиро­вальной технике, считывающих устройствах персональных компьютеров и анализаторов изображения, светосигнальных и навигационных приборах. Кроме того, последние разработки высокоэффективных СИД видимого диа­пазона спектра позволяют надеяться на успешное внедрение таких приборов в осветительную технику [84].

Дата добавления: 2017-01-14