溫度與電流對于白光LED發(fā)光效率的影響分析

楊山

摘 要 LED工作過程中，較高的工作溫度或是較大的工作電流會嚴重影響發(fā)光效率。如果LED顯示器工作的溫度超出芯片承載溫度，就導致LED 顯示屏發(fā)光效率的減小，出現(xiàn)光衰現(xiàn)象，同時對LED顯示屏造成損壞，而LED顯示器的工作電流超出芯片的飽和電流，也會導致LED 顯示器的損壞。因此，研究與分析溫度、電流對白光LED發(fā)光效率的影響十分重要。

【關鍵詞】溫度 電流 LED 發(fā)光效率

以往人們對白光的LED發(fā)光效率做了許多研究，表明溫度的提升會造成芯片藍光波峰慢慢向長波方向偏移，從而使芯片的發(fā)射波長與熒光粉激發(fā)波長難以匹配，導致白光LED的發(fā)光效率嚴重降低，而且還發(fā)現(xiàn)如果溫度超過50攝氏度時，色溫就會偏高，導致顯色指數(shù)變得低劣。其原因是溫度過高，藍光的波峰長移，導致藍光的波峰變得更為平坦。筆者結合有關實驗與理論分析，對白光LED的發(fā)光效率進行了研究，同時分析電流增大對白光LED的發(fā)光效率產生的影響。

1 實驗

試驗中利用的芯片是1W的藍光LED芯片，因為芯片自身會存在不同程度上的差異，所以選擇10個芯片完成恒流驅動測試，同時對其發(fā)光的效率完成比較，分析其同一性。對于功率相對較大的LED，如果通過電流比較大時，就會產生非常多的熱量從而使LED的溫度升高，造成器件的損壞。利用恒流驅動過程中，其正向壓會在溫度的不斷升高而逐漸下降，如果利用恒壓形式驅動，那么電流就會在溫度升高情況下而逐漸升高，導致LED的溫度急速升高，從而在很大程度上降低LED的發(fā)光效率，減小LED應用壽命。

2 結果和討論

從分析能夠看出，電流的不斷增大，放光強度和電壓都會增大，如果電流達到了250mA時，持續(xù)增大電流，LED發(fā)光強度會緩慢增加，而電壓會急速下降。對此在一定的范圍之內驅動電流可以在一定程度上增強發(fā)光強度，如果超過次范圍就造成LED芯片的損傷，嚴重影響性能。通過1W藍光LED芯片的一致性實驗，比較光效能夠看出藍光芯片存在著相對較大的個體差異，而且一致性相對較差。

結合分析，能夠看出A結構因為散熱的效果比較差，其飽和電流為700mA，如果電流超過700mA就會發(fā)生比較明顯的光衰現(xiàn)象。而相同的芯片在B結構當中，如果電流到達了1000mA時，依然沒有發(fā)生比較明顯的光衰現(xiàn)象。對此，可以得出A結構中出現(xiàn)的光衰現(xiàn)象是因為溫度升高導致的，此種芯片可以承載的最大溫度在283至393K之間。除此之外，還能夠看出，因為B結構具備良好的散熱效果，其飽和電流可以達到1250mA，電流低于1250mA時，溫度僅僅是367K，并未達到芯片的最大承載溫度。在B結構中LED光衰一般來源自工作電流的增大。以往人們單單注重白光LED顯示屏的發(fā)光效率是溫度變化造成的，同時認為溫度的不斷升高會造成藍光芯片的發(fā)生波長發(fā)生移動，導致芯片發(fā)生的波長與熒光粉激發(fā)的波長難以匹配，因此在一定程度上減小了白光LED放光效率。因此可以得出即便不存在波長的匹配問題，白光LED放光效率依然會受到溫度的直接影響。

在相同溫度下，觀察LED的發(fā)光效率，其會在工作電流不斷增大時逐漸下降。而在A結構中LED處于353K之下的G-I曲線，其是內量子的效率比較低導致的。在電流I的不斷增加情況下，注入勢阱中的電子數(shù)量逐漸增加，而電子的擴散出勢阱也會不斷增加數(shù)量。因此，在一定程度上降低了芯片的內量子效率，從而降低白光LED的發(fā)光效率。

由分析看出，在溫度比較低的時候，電子占據(jù)著導帶底部中量子態(tài)，在溫度的不斷升高情況下，電子的能量也會隨之升高，這時電子就會占據(jù)著導帶中的能量比較高一些的量子態(tài)。而導帶中的小矩形K1為低溫T1之下的電子占據(jù)著相對比較低的量子態(tài)，大矩形K2為高溫T2下的電子占據(jù)著相對比較高的量子態(tài)。在溫度升高的情況下，電子會遭受熱激發(fā)從而升到比較高的能態(tài)，而電子占據(jù)著的量子態(tài)會擴大范圍。GaN基的藍光芯片發(fā)光主要是直接式的復合發(fā)光，同時電子躍遷的選取定律是kc=k。從圖中能夠得出電子占據(jù)的量子態(tài)范圍選取定律的機率會更大一些，而且發(fā)生輻射的復合機率也比較大。

3 結束語

綜上所述，合理、科學制定封裝結構可以降低LED的工作溫度，從而使LED的工作電流更大一些。與此同時，還可以在理論方面加大 勢阱寬度，進而增大內量子的效率。只有這樣才可以確保白光LED的發(fā)光效率。

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作者單位

西安青松科技股份有限公司 陜西省西安市 710118endprint