w级白光led光电特性的研究

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1、1W级白光LED光电特性的研究摘要：研究了1W级白光发光二极管（LED）的直流电学特性和光学特性，采用照度计在暗室测量并研究其发光效率随电功率变化的关系。研究结果表明，白光LED的工作电流与电压呈指数变化；发光效率经过一个最大值后随电功率增加而减小。发光效率降低的主要原因是结温升高、电流泄露等导致的载流子有效复合几率下降所致，因此LED需工作在恒流状态下。关键词：白光LED光电特性发光效率AStudyoftheElectricalandOpticalPropertiesof1-WLevelWhit

2、eLEDAbstractTheelectricalpropertiesandopticalpropertiesofDCofthe1W-levelwhitelight-emittingdiode(LED)werestudied,alsotherelationshipofluminousefficiencyweremeasuredandstudiedwithinputpowerusingLightmeterindarkroom.TheresultsshowthatthecurrentofwhiteLE

3、Dchangesexponentiallywiththevoltage;andaftertheluminousefficiencyreachedatamaximumvalue,itdecreasedwiththeincreaseofinputpower.ThemainreasonsthatluminousefficiencydecreasedarehighertemperatureofLEDchip,moreleakagecurrentcausedbytheincreaseofthecurrent

4、.ThereforeLEDneedtoworkinaconstantcurrentstate.Keywords:WhiteLED;OpticalandElectricalProperties;Luminousefficiency1引言进入21世纪，随着半导体制造技术和封装技术的不断进步，长期用于指示和显示的半导体光源正向照明领域发展[2]。以功率型白光LED为代表的半导体照明技术具有体积小、效率高、全固态、长寿命、环保等优点，将成为新一代绿色环保型光源。根据美国光电产业协会（OIDA）的研究报告[

5、10]，只有单个封装的大功率LED器件功率达到7.5W以上，发光效率超过200lm/W，才有可能替代现有的各种照明光源，成为民用照明的主要光源。准确深入地了解和掌握白光LED的发光机理和光电特性，对于今后如何在增加LED功率的同时，提高发光效率具有十分重要的指导意义。本文对1W级白光LED的I—V特性、光照度、发光效率随输入电功率变化的关系进行了研究。2LED的发光机理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用LED产生于1960年[7]。LED的结构[7]主要由PN结芯片、电

6、极和光学系统组成。它具有一般PN结的I---V特性，即正向导图2-1LED发光机理示意图通、反向截止和击穿特性。Fig.2-1SketchMapofLEDLight-emittingMechanism此外，在一定条件下，它还具有发光特性。PN结的界面附近存在空间电荷区，该区域中有较强的内建电场，内建电场对于N型半导体的电子、以及对于P型半导体的空穴往对方的运动，都具有阻挡作用，该空间电荷区对于这些载流子而言就是一种能量势垒[1]。当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电

7、子迁移率μ比空穴迁移率大得多，出现大量电子向P区扩散，构成P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结发光的机理如图2-1所示。白光LED从工艺结构上通常采用两种方法制备，第一种是利用蓝光LED与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。以上两种实现白光的技术均已产业化[6]。3白光LED电学特性的测量3.1LED的电学特性（1）I-V特性I-V特性是表征LED芯片PN结性能的主要参数。LED的I-V特性与普通二极管

8、类似，只是开启电压不同，不同材料制备的LED开启电压一般在1.5～3.0V之间，特性曲线如图3-1。处于正向工作区时，工作[7]电流IF与外加电压呈指数关系：IF?IS(eqVFKT?1)（1-1）式中：IS为反向饱和电流。（2）极限功耗Pm图3-1LED的I-V特性曲线允许加在LED两端正向电压与流经LEDFig.3-1I-VCharacterCurveofLED的电流之积的最大值，该参数与环境温度有关。当实际功耗超过该值时，LED发光特性变差，严重时会使LED产生结构上的破坏。