電流對(duì)白光LED光學(xué)特性影響

1、進(jìn)入21世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，長期用于指示和顯示 的半導(dǎo)體光源正向照明領(lǐng)域發(fā)展。以功率型白光LED為代表的半導(dǎo)體照明新興產(chǎn) 品，其在照明市場的發(fā)展?jié)摿χ档闷诖?。獲得白光LED常用的途徑是在藍(lán)光LED 芯片表面上涂覆一層熒光粉（YAG:Ce3+）。功率型LED與普通LED相比，芯片尺 寸較大，需要更大的驅(qū)動(dòng)電流，以發(fā)出更明亮的光，但伴隨著產(chǎn)生更多的熱量會(huì)對(duì) 功率型白光LED的光學(xué)電學(xué)參數(shù)及器件的穩(wěn)定性有影響。目前，LED光學(xué)參數(shù)的測量方法在國內(nèi)外還處在探討之中，LED是一種電致 發(fā)光器件，當(dāng)電子與空穴發(fā)生輻射復(fù)合時(shí)，能量以光子形式發(fā)出，所以注入電流對(duì) LED發(fā)光的光學(xué)特性有直

2、接影響。1、對(duì)色坐標(biāo)的影響現(xiàn)在LED的發(fā)光顏色越來越豐富，LED的色坐標(biāo)參數(shù)是LED重要的物理參數(shù) 之一，隨著注入電流的增加，器件出光的色坐標(biāo)在一定程度上減小，如圖1所示。圖1色坐標(biāo)隨電流的變化2、對(duì)色溫的影響當(dāng)一絕對(duì)黑體加熱時(shí)，發(fā)出光的顏色與被測試光源光色相近時(shí)，該黑體的溫度 稱為光源的相關(guān)色溫。就目前最常采用的實(shí)現(xiàn)白光的方案而言，當(dāng)涂覆的$熒光粉較 多時(shí)，出射的白光光譜中藍(lán)光成分較少，器件色溫較低；理熒光粉較少時(shí)，出射的 白光光譜中藍(lán)光成分較多，色溫較高。W060402000807 7 7 7 65 6605 1540W060402000807 7 7 7 65 6605 15405 62

3、0IHm.A圖2相關(guān)色溫與正向電流的關(guān)系從圖2中可以看出，隨著器件的驅(qū)動(dòng)電流增加，功率型白光LED的色溫從10 0mA電流時(shí)的5636K增加到350mA電流時(shí)的5734K,這是因?yàn)椋娏骷哟蠛?，芯?發(fā)出的藍(lán)光增多，熒光粉層的厚度是一定的，則在出射的白光中藍(lán)光成份增加，從 而使器件的色溫增加。3、對(duì)主波長的影響在CIE1931色度圖中，由標(biāo)準(zhǔn)白光點(diǎn)E(0.333,0.333)與測得的色坐標(biāo)點(diǎn)連接 并延伸，與380760nm的光譜軌跡相交，交點(diǎn)所在處的波長即為該色坐標(biāo)點(diǎn)的主波 長。隨著電流增加，器件出光的主波長在減小，這是因?yàn)殡娏髟黾?，色坐?biāo)減小， 標(biāo)準(zhǔn)白光點(diǎn)和色坐標(biāo)點(diǎn)的連線的延長線與38076

4、0nm的光譜軌跡相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長 值變小。圖3主波長與電流的關(guān)系曲線圖4光通量與電流的關(guān)系曲線4、對(duì)光通量的影響發(fā)光二極管在調(diào)節(jié)光通量方面具有一定的優(yōu)勢，器件的光通量隨著電流增加而 增加，在100mA250mA,光通量增加率為126.2%;從250mA350mA時(shí)，電流的增 加輻度較小且呈非線性增加，增加率為30.4%.PN結(jié)是發(fā)光二極管的核心部分，電流 增加后，注入到發(fā)光區(qū)的電子和空穴數(shù)量增加，發(fā)生輻射復(fù)合的數(shù)量也會(huì)增加，器 件的光通量增加。但當(dāng)注入電流繼續(xù)增加到某一值時(shí)，光通量輸出不再增加，趨于 飽和。100 121） 140 160 I 跚 200 220 240 咨口納）3）D 320

5、 34n 360IK/rnA圖5電流對(duì)發(fā)光效率的影響5、對(duì)發(fā)光效率的影響當(dāng)電流增加時(shí)，注入發(fā)光區(qū)的電子發(fā)生非輻射復(fù)合的幾率變大，使器件的內(nèi)量 子效率降低，同時(shí)，由于電流增加導(dǎo)致器件的溫度升高，使熒光粉的量子效率降低 并進(jìn)一步增加了非輻射復(fù)合的幾率。在圖5中，由于驅(qū)動(dòng)電流在正常的工作電流內(nèi)， 器件的發(fā)光效率雖有一定的降低，但變化的幅度并不大。6、對(duì)峰值波長的影響在LED發(fā)光譜中，最高峰對(duì)應(yīng)的波長稱為LED的峰值波長。在測試峰值波長 時(shí)，都是點(diǎn)亮1分鐘后才開始測試的，這是由于同時(shí)考慮了時(shí)間和電流的影響，長 時(shí)間加熱導(dǎo)致了峰值波長向長波方向偏移，而電流的增加使峰值波長向短波方向偏 移。藍(lán)光LED器件

6、都是以GaN基制成的，GaN基發(fā)光器件穩(wěn)定性較好，在熱平衡 時(shí)，不同的電流，器件發(fā)光峰位置幾乎不變。7、對(duì)顯色指數(shù)的影響顯色指數(shù)（Ra）也是白色照明光源的一個(gè)重要指標(biāo)，它是用來測量光源照到被 照射物體上面，還原被照射物體所有顏色能力的指標(biāo)，作為照明用的光源要求顯色 指數(shù)越高越好，一般要求80以上，國際照明委員會(huì)（CIE）推薦的參考光源是Plan ck黑體輻射體，日常生活中的白熾燈的顯色指數(shù)接近100.圖6電流對(duì)顯色指數(shù)的影響由于藍(lán)光LED與$熒光粉組成的白光系統(tǒng)，其光譜中缺少紅光成分，顯色指數(shù) 還不理想，這也是目前業(yè)界研究的重點(diǎn)課題。顯色指數(shù)與光譜成分有關(guān)，電流增加 但并不影響出光的光譜的分布，所以器件的顯色指數(shù)幾乎沒有變化。8、小結(jié)LED是一種電致發(fā)光器件，器件發(fā)光的各光學(xué)參數(shù)與流過器件的電流有直接的 關(guān)系。隨著電流的增加，功率型白光LED的色溫會(huì)有一定的升高，色坐標(biāo)（x,y） 小，光通量增