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浅谈LED的光衰

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    光衰的物理机制

    光衰效应也称S-W效应。a-Si∶H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应。(细节因为太专业略过)20多年来,国内外科学工作者进行了不懈的努力,提出了大量的物理模型,主要有弱键断裂(SJT)模型、“H玻璃”模型、H碰撞模型、Si-H-Si桥键形成模型、“defect pool”模型等,但至今仍没有形成统一的观点。

    最近《应用物理快报》的一篇论文提到,科研人员已经确认了溢流是光衰现象的罪魁祸首。该研究提供了第一个综合模型以揭示光衰背后发生的机理,也将会引导新技术去解决这个难题,伦斯勒理工学院E.Fred Schubert高级教授表示。“过去研究人员和lLED制造商在降低光衰方面取得过一些进展,但是有些进展的获得并不了解光衰原因。”

    LED由三部分架构组成:带负电的n型晶体、带正电空穴的p型晶体,以及这两者之间的量子阱或有源区。

    该研究的第一作者David Meyaard解释道,电子从n型材料注入到有源区,同时空穴从p型材料中注入到有源区。电子与空穴以相反方向移动,当它们在有源区相遇就会出现复合,复合过程中,电子移向更低能级,从而释放出光子。不幸的是,研究人员提醒说,随着电流的增加,LED光效会降低,随着电流的增加,其发出的光会相应减少。

    Meyaard表示,他们团队的研究结果显示,在大电流状态下,产生于p型区的电场允许电子逃逸出有源区,从而无法实现与空穴复合,也就无法发光。这种现象叫做溢流,该说法是在5年以前就已经被提出了,但Meyaard表示,他们的团队的研究第一次无可争辩地证明了光束的发生机理。Meyaard表示,他们团队证实在足够强大的电场形成后,电子就逃逸出有源区。

    “我们测量了电场形成与光衰直径的关联性,”Meyaard表示,“结果清晰证明其发生机理是电子溢流,同时我们还可以量化它。例如,在一个关键报告中,我们展示了大电流注入和光衰情况,从中可以看到它们之间良好关联性。而这在过去是不可能做到的,因为没有原理模型可以描述溢流如何发生作用。”

    Schubert表示,他们的研究指出,由于电子移动性强于空穴,因此可以将二极管看做是由不同类型的载体组成的。

    “如果电子和空穴有相似的特性,那么彼此对称;它们会在量子阱所在的中间区相遇,然后复合。我们使用电子比空穴移动性更强的材料系统来替代它,可以发现电子扩散更加容易,也更容易对电场有反应。由于这种不对称性,我们认为电子应该从量子阱穿过(shootover)或从量子阱萃取。那么它们就不会与空穴在有源区相遇,也就不会发光。”

    Meyaard and Schubert称,基于这种模型,研究团队现在已经把注意力转向了开发新的LED架构上。

    光衰的预防

    据台湾专家介绍,目前台湾水族市场上中国制造的 LED 灯珠,平均年光衰为 5%,低功率 LED 灯珠的热效应差不多;而高功率(1 W 以上)的 LED 灯珠,灯具散热设计绝对影响寿命,若散热不良下,在两周内光衰可达 30%,且无法回复原亮度。那么怎样来预防LED的光衰呢?

    1、选择优质的灯珠,国外大厂的灯珠质量要明显优于国内小厂的同类产品;

    2、选择优质恒流电源,电源的散热设计也要优良;

    3、灯珠及整个灯具都要有良好的散热措施;

    4、尽量选择低功率灯珠,1W的灯珠可以考虑,但一定要做好散热工作。

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