中心議題：

• 電流對白光LED光學(xué)特性的影響

解決方案：

• 對色坐標(biāo)的影響
• 對色溫的影響
• 對主波長的影響
• 對光通量的影響

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)動電流，以發(fā)出更明亮的光，但伴隨著產(chǎn)生更多的熱量會對功率型白光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LED發(fā)光的光學(xué)特性有直接影響。
　　
1、對色坐標(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、對色溫的影響
　　
當(dāng)一絕對黑體加熱時(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$熒光粉較多時(shí)，出射的白光光譜中藍(lán)光成分較少，器件色溫較低;當(dāng)$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。
　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)動電流增加，功率型白光LED的色溫從100mA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?，芯片發(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。
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3、對主波長的影響
　　
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380~760nm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)殡娏髟黾樱鴺?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380~760nm的光譜軌跡相交點(diǎn)對應(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100mA~250mA，光通量增加率為126.2%;從250mA~350mA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。
　圖5電流對發(fā)光效率的影響
　　
5、對發(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、對峰值波長的影響
　　
在LED發(fā)光譜中，最高峰對應(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(CIE)推薦的參考光源是Planck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的色溫會有一定的升高，色坐標(biāo)(x，y)小，光通量增加但發(fā)光效率降低。作為照明用的功率型白光LED的主要技術(shù)指標(biāo)隨電的變化而變化，但變化幅度不大，基本保持穩(wěn)定，另外白光LED具有節(jié)能、長壽命和無污染等優(yōu)點(diǎn)，所以白光LED是下一代照明光源的理想選擇。