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1、..1W级大功率白光LED发光效率研究李炳乾(佛山科技学院物理系,广东佛山528000)摘 要: 研究了1W级大功率白光发光二极管(LED)发光效率随功率变化的关系。实验结果表明,功率在0～0.11W的范围里,发光效率随功率迅速增加;功率达到0.11W时,发光效率为15.6lm/W;当功率大于0.11W时,发光效率随功率增加开始减小,功率继续增加时,发光效率降低的速度越来越快。在器件额定功率1W附近,发光效率为13lm/W。发光效率随功率增加而下降主要是由于芯片温度升高、电流泄漏等导致的载流子有效复合几率下降引起的。关键词：大功率白光发光二极管;半导
2、体照明;光通量;发光效率文章编号:1001-5868(2005)04-0314-03中图分类号:TN383.1 文献标识码::A LumenEfficiencyof1W2levelHighPowerWhiteLEDLIBing2qian(Dept.ofPhysics,FoshanUniversity,Foshan528000,CHN)Abstract: Therelationshipoflumenefficiencywithinputpowerofhighpowerwhitelight2emittingdiodes(LEDs)isstudied.T
3、heresultshowsthatthelumenefficiencyincreaseswithinputpowerintherangeof0～0.11W.Attheinputpowerof0.11Wlumenefficiencyis15.6lm/W.Thenthelumenefficiencydecreaseswiththeincrecseofinputpowerover0.11W,andthedecreaserateismoreandmorefasterfollowedbytheincreaseoftheinputpower.Attheratin
4、gpowerof1W,thelumenefficiencyiscloseto13lm/W.Themainreasonswhichinducedinefficiencyofhighpowerwhitelight2emittingdiodesathighinputpowerare:(1)theincreaseofinputpowerresultsinhighertemperatureofLEDchip;(2)theincreaseofthecurrentcausesmoreleakagecurrent.Keywords: highpowerwhiteLE
5、D;semiconductorlightingsource;luminousflux;lumenefficiency1 引言以大功率白光发光二极管(LED)器件为核心的半导体照明技术具有体积小、全固态、长寿命、环保、省电等优点,已经在状态指示和中小功率的特种照明领域得到广泛应用[1]。目前,商品化的大功率白光LED功率已经达到5W,发光效率也已经达到25lm/W,其发光效率(流明效率)已经超过白炽灯,但是如果要进入民用照明市场,还需要在降低成本的同时,继续增加单个器件的功率,提高发光效率。根据美国光电产业协会(OIDA)的研究报告[2],只有当单个封
6、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。对于以载流子复合为主要发光机理的LED,如何在增加LED功率的同时,提高发光效率,成为大功率LED照明光源研究的核心问题。本文对大功率白光发光二极管光通量、发光效率随输入电功率变化的规律进行了研究,并且同白炽灯进行了比较,指出大功率白光LED在照明领域应用过程中,降低器件及系统热阻[3],从而降低芯片温度;优化LED外延层结构,减少电流泄漏,增加电子、空穴在结区的复合几率,是提高LED在大功率下发光效率的两个主要途径。
7、2 光通量和发光效率的测量光源的光通量Φ是指单位时间内通过4π立体角的可见光能量,它的单位是lm。发光效率E<是指光源所发出的光通量与消耗的电功率P之比,单位是lm/W,光源的发光效率可以通过下式计算:E<=Φ/P(1) 对于LED和白炽灯等直流供电的光源,消耗的电功率P等于加在光源两端的电压V和流过电流I的乘积。光通量和发光效率的测量采用杭州远方公司生产的LED610光通量测试仪,测量原理如图1所示[4]。光源放在积分球的中心,积分球又称光通球或球形光度计,它是一个内部空的完整球壳,内壁涂白色漫反射层,球内放待测光源,光源发射并经球面漫反射的一部
8、分光线通过球壁上的窗口射到光探测器上,在光探测器前面装V(λ)滤光器,保证光探测器的测量值准确并接近人眼视觉
