Конструкция светодиодов

2.1. Конструкция светодиодов.

В излучателе плоской конструкции (рис.1,а) излучающий пере-

ход выполнен или диффузией, или эпитаксией. Штриховыми линиями

показаны лучи, которые из-за полного внутреннего отражения от

границы раздела не выходят из кристалла. Из кристалла выходят

только те лучи, которые с нормалью составляют угол  7Q, 0arcsin

n 41 0/n 42 0. Для арсенида галия и фосфида галия - это конус с углом у

вершины не более 35 5o 0. Такая конструкция является самой дешёвой и

простой. Однако она наименее эффективна, ей соответствует узкая

диаграмма направленности излучения (рис. 2).

Геометрические размеры полусферической конструкции светоди-

ода (рис. 1,б) таковы, что R 7. 0r 77 0(n 42 0/n 41 0). В этом случае всё излу-

чение попадает на границу раздела под углом, совпадающим с нор-

малью, и полностью выходит наружу. Эффективность полусферической

конструкции - самая высокая. Она примерно в десять раз превышает

эффективность плоской конструкции. Однако она намного дороже и

сложнее в изготовлении.

Плоский кристалл светодиода может быть покрыт каплей эпок-

сидной смолы, выполняющей роль линзы (рис. 1,в). Смола имеет ко-

эффициент преломления промежуточный между воздухом и кристаллом.

Это позволяет несколько увеличить светящуюся поверхность диода.

В последнем случае смола подкрашивается под цвет излучения све-

тодиода. Большинство сигнальных и отображающих светодиодов вы-

полняется такой конструкции.

Принципиальное устройство светодиода показано на рис. 3.

Светодиоды могут изготавливаться и бескорпусными. Тогда их раз-

меры определяются размерами кристалла (0,4 7& 00,4 мм 52 0).

- 12 -

2.2. Свойства светодиодов.

Вольт-амперная характеристика светодиода аналогична

вольт-амперной характеристике кремниевого диода: она имеет круто

возрастающую прямую ветвь. На этом участке динамическое сопро-

тивление мало и не превышает нескольких ом. Обратные напряжения

невелики (3,5...7,5 В). Светодиод не рассчитан на значительные

обратные напряжения и легко может быть пробит, если не принять

соответствующих мер защиты. Если светодиод должен работать от

сети переменного тока, то последовательно с ним включается крем-

ниевый диод, который работает как выпрямляющий вентиль. В стати-

ческом режиме номинальный ток в зависимости от типа светодиода

лежит в пределах от 5...10 мА до 100 мА.

Яркость высвечивания светодиода или мощность излучения

практически линейно зависит от тока через диод в широком диапа-

зоне изменения токов. Исключение составляют красные GaP - свето-

диоды, у которых с ростом тока наступает насыщение яркости

(рис. 4). Это необходимо иметь в виду, когда светодиод использу-

ется в импульсном режиме для получения больших выходных яркостей.

При постоянном токе через светодиод его яркость с ростом

температуры уменьшается. Для красных GaP - светодиодов повышение

температуры по сравнению с комнатной на 20 5o 0 уменьшает их яркость

примерно на 10%, а зелёных - на 6%. С ростом температуры сокра-

щается срок службы светодиодов. Так, если при 25 5o 0C срок службы

хороших светодиодов достигает 100000 ч, то при 100 5o 0C он сокраща-

ется до 1000 ч. Также сокращается срок службы светодиода с уве-

личением его тока. Поэтому завышать ток по сравнению с его мак-

симально допустимым паспортным значением не рекомендуется.

- 13 -

Спектральный состав излучения светодиодов определяется ма-

териалом, из которого они изготовлены, и легирующими примесями.

Сравнительные спектральные характеристики для основных материа-

лов приведены на рис. 5, а в табл. 2 даны основные параметры не-

которых промышленных типов светодиодов.

 ш1

Таблица 2. Параметры некоторых типов светодиодов.

╔════════╤══════════╤═════════╤══════════════╤═════════════════╗

║ │ │ │ Входные │ Выходные ║

║ │ │ │ параметры │ параметры ║

║ Тип │ Материал │ Цвет ├───────┬──────┼─────────┬───────╢

║ │ │  7l 0, нм │ │ │ P, мВт │ L 4v 0, ║

║ │ │ │ I, мА │ U, В │ ─────── │ кд/м 52 0 ║

║ │ │ │ │ │ I 4v 0, мкд │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ102А │ GaP │ ─────── │ 5 │ 3,2 │ ──── │ 5 ║

║ │ │ 700 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ АЛ102Д │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2,8 │ ──── │ 40 ║

║ │ │ 556 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ жёлтый │ │ │ │ ║

║ FLV450 │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 570 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ FLV350 │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 560 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FLV250 │ GaP │ ─────── │ 10 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 3 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FK510 │ GaAsP │ ─────── │ 20 │ 1,6 │ ──── │ ║

║ │ │ 660 │ │ │ 2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ TIL210 │ GaAsP │ ─────── │ 50 │ 1,8 │ │ 2400 ║

║ │ │ 670 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307А │ GaAlAs │ ─────── │ 1 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,15 │ ║

╙────────┴──────────┴─────────┴───────┴──────┴─────────┴───────╜

.

- 14 -

╓────────┬──────────┬─────────┬───────┬──────┬─────────┬───────╖

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307Б │ GaAlAs │ ─────── │ 1 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,6 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 6 │ ║

║ АЛ107А │ GaAs │ 920 │ 100 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 1 │ ║

║ ЗЛ103А │ GaAs │ 900 │ 50 │ 1,6 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 2 │ ║

║ TIXL05 │ GaAs │ 900 │ 750 │ 1,8 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 0,05 │ ║

║ TIL01 │ GaAs │ 900 │ 50 │ 1,3 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╚════════╧══════════╧═════════╧═══════╧══════╧═════════╧═══════╝

 ш0