温度与电流对于白光LED发光效率的影响分析

杨山

摘 要 LED工作过程中，较高的工作温度或是较大的工作电流会严重影响发光效率。如果LED显示器工作的温度超出芯片承载温度，就导致LED 显示屏发光效率的减小，出现光衰现象，同时对LED显示屏造成损坏，而LED显示器的工作电流超出芯片的饱和电流，也会导致LED 显示器的损坏。因此，研究与分析温度、电流对白光LED发光效率的影响十分重要。

【关键词】温度 电流 LED 发光效率

以往人们对白光的LED发光效率做了许多研究，表明温度的提升会造成芯片蓝光波峰慢慢向长波方向偏移，从而使芯片的发射波长与荧光粉激发波长难以匹配，导致白光LED的发光效率严重降低，而且还发现如果温度超过50摄氏度时，色温就会偏高，导致显色指数变得低劣。其原因是温度过高，蓝光的波峰长移，导致蓝光的波峰变得更为平坦。笔者结合有关实验与理论分析，对白光LED的发光效率进行了研究，同时分析电流增大对白光LED的发光效率产生的影响。

1 实验

试验中利用的芯片是1W的蓝光LED芯片，因为芯片自身会存在不同程度上的差异，所以选择10个芯片完成恒流驱动测试，同时对其发光的效率完成比较，分析其同一性。对于功率相对较大的LED，如果通过电流比较大时，就会产生非常多的热量从而使LED的温度升高，造成器件的损坏。利用恒流驱动过程中，其正向压会在温度的不断升高而逐渐下降，如果利用恒压形式驱动，那么电流就会在温度升高情况下而逐渐升高，导致LED的温度急速升高，从而在很大程度上降低LED的发光效率，减小LED应用寿命。

2 结果和讨论

从分析能够看出，电流的不断增大，放光强度和电压都会增大，如果电流达到了250mA时，持续增大电流，LED发光强度会缓慢增加，而电压会急速下降。对此在一定的范围之内驱动电流可以在一定程度上增强发光强度，如果超过次范围就造成LED芯片的损伤，严重影响性能。通过1W蓝光LED芯片的一致性实验，比较光效能够看出蓝光芯片存在着相对较大的个体差异，而且一致性相对较差。

结合分析，能够看出A结构因为散热的效果比较差，其饱和电流为700mA，如果电流超过700mA就会发生比较明显的光衰现象。而相同的芯片在B结构当中，如果电流到达了1000mA时，依然没有发生比较明显的光衰现象。对此，可以得出A结构中出现的光衰现象是因为温度升高导致的，此种芯片可以承载的最大温度在283至393K之间。除此之外，还能够看出，因为B结构具备良好的散热效果，其饱和电流可以达到1250mA，电流低于1250mA时，温度仅仅是367K，并未达到芯片的最大承载温度。在B结构中LED光衰一般来源自工作电流的增大。以往人们单单注重白光LED显示屏的发光效率是温度变化造成的，同时认为温度的不断升高会造成蓝光芯片的发生波长发生移动，导致芯片发生的波长与荧光粉激发的波长难以匹配，因此在一定程度上减小了白光LED放光效率。因此可以得出即便不存在波长的匹配问题，白光LED放光效率依然会受到温度的直接影响。

在相同温度下，观察LED的发光效率，其会在工作电流不断增大时逐渐下降。而在A结构中LED处于353K之下的G-I曲线，其是内量子的效率比较低导致的。在电流I的不断增加情况下，注入势阱中的电子数量逐渐增加，而电子的扩散出势阱也会不断增加数量。因此，在一定程度上降低了芯片的内量子效率，从而降低白光LED的发光效率。

由分析看出，在温度比较低的时候，电子占据着导带底部中量子态，在温度的不断升高情况下，电子的能量也会随之升高，这时电子就会占据着导带中的能量比较高一些的量子态。而导带中的小矩形K1为低温T1之下的电子占据着相对比较低的量子态，大矩形K2为高温T2下的电子占据着相对比较高的量子态。在温度升高的情况下，电子会遭受热激发从而升到比较高的能态，而电子占据着的量子态会扩大范围。GaN基的蓝光芯片发光主要是直接式的复合发光，同时电子跃迁的选取定律是kc=k。从图中能够得出电子占据的量子态范围选取定律的机率会更大一些，而且发生辐射的复合机率也比较大。

3 结束语

综上所述，合理、科学制定封装结构可以降低LED的工作温度，从而使LED的工作电流更大一些。与此同时，还可以在理论方面加大 势阱宽度，进而增大内量子的效率。只有这样才可以确保白光LED的发光效率。

参考文献

[1]ChenMingxiang，Ma Zetao，Liu Sheng.Research on localized induction heating forLED packaging [J].Chin.J.Lu-min.发光学报，2010，28（2）：241-245.（in Chinese）.

[2]Yu Binha，I WangYaohao.Junction temperature and thermal resistance restrict the developing of high power LED [J].Chin.J.Lumin.发光学报，2011，26（6）：761-766.（in Chinese）.

[3]中华人民共和国电子行业标准.SJ/T_11281_2003-LED 显示屏测试方法[S].北京：中华人民共和国信息产业部，2012.

[4] Margery Conner.高亮度 LED 产生新应用与新标准[J].电子设计技术，2010.

作者单位

西安青松科技股份有限公司 陕西省西安市 710118endprint