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LED光通量

2010年07月24日 23:11 www.nxhydt.com 作者：本站 用戶評論（0）
關鍵字：led(642741)
光通量F是表征LED總光輸出的輻射能量，它標志器件的性能優劣。F為LED向各個方向發光的能量之和，它與工作電流直接有關。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。可見光LED的光通量單位為流明（lm）。
??? LED向外輻射的功率——光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關。目前單色LED的光通量最大約1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（小芯片），對于1mm×1mm的功率級芯片制成白光LED，其F=18 lm。
??? 2.4 發光效率和視覺靈敏度
??? ① LED效率有內部效率（pn結附近由電能轉化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來分析和評價芯片優劣的特性。
??? LED光電最重要的特性是用輻射出光能量（發光量）與輸入電能之比，即發光效率。
??? ② 視覺靈敏度是使用照明與光度學中一些參量。人的視覺靈敏度在λ = 555nm處有一個最大值680 lm/w。若視覺靈敏度記為Kλ，則發光能量P與可見光通量F之間關系為 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ
??? ③ 發光效率——量子效率η=發射的光子數/pn結載流子數=（e/hcI）∫λPλdλ
??? 若輸入能量為W=UI，則發光能量效率ηP=P/W
??? 若光子能量hc=ev,則η≈ηP ，則總光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P
??? ④ 流明效率：LED的光通量F/外加耗電功率W=KηP
??? 它是評價具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發光效率。
?
??? 以下列出幾種常見LED流明效率（可見光發光效率）：
??? LED發光顏色 λp（nm） 材料可見光發光效率（lm/w） 外量子效率
??? 最高值 平均值
??? 紅光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2
??? 黃光 590 GaP:N-N 0.45 0.1
??? 綠光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15
??? 藍光 465 GaN 10
??? 白光 譜帶 GaN+YAG 小芯片1.6，大芯片18
???? 品質優良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發出的光盡可能多，即外部效率要高。事實上，LED向外發光僅是內部發光的一部分，總的發光效率應為
???? η=ηiηcηe ，式中ηi向為p、n結區少子注入效率，ηc為在勢壘區少子與多子復合效率，ηe為外部出光（光取出效率）效率。
???? 由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。當芯片發出光在晶體材料與空氣界面時（無環氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對光有相當一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
???? 為了進一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：① 用折射率較高的透明材料（環氧樹脂n=1.55并不理想）覆蓋在芯片表面；② 把芯片晶體表面加工成半球形；? ③ 用Eg大的化合物半導體作襯底以減少晶體內光吸收。有人曾經用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且熱塑性大的作封帽，可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。
??? 2.5發光亮度
???? 亮度是LED發光性能又一重要參數，具有很強方向性。其正法線方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上發光體表面亮度等于發光體表面上單位投射面積在單位立體角內所輻射的光通量，單位為cd/m2 或Nit。
???? 若光源表面是理想漫反射面，亮度BO與方向無關為常數。晴朗的藍天和熒光燈的表面亮度約為7000Nit（尼特），從地面看太陽表面亮度約為14×108Nit。
???? LED亮度與外加電流密度有關，一般的LED，JO（電流密度）增加BO(亮度)也近似增大。另外，亮度還與環境溫度有關，環境溫度升高，ηc（復合效率）下降，BO減小。當環境溫度不變，電流增大足以引起pn結結溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態。
??? 2.6壽命
???? 老化：LED發光亮度隨著長時間工作而出現光強或光亮度衰減現象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關，可描述為Bt=BO e-t/τ，Bt為t時間后的亮度，BO為初始亮度。
????? 通常把亮度降到Bt=1/2BO所經歷的時間t稱為二極管的壽命。測定t要花很長的時間，通常以推算求得壽命。測量方法：給LED通以一定恒流源，點燃103 ~104 小時后，先后測得BO ，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出壽命t。
????? 長期以來總認為LED壽命為106小時，這是指單個LED在IF=20mA下。隨著功率型LED開發應用，國外學者認為以LED的光衰減百分比數值作為壽命的依據。如LED的光衰減為原來35%，壽命＞6000h。

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