倒裝LED燈絲燈的光學(xué)性能詳解

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2016-03-21

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倒裝LED燈絲因其倒裝和平面涂覆工藝以及360°立體發(fā)光的特點(diǎn)成為市場(chǎng)研究的重點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái),，國(guó)內(nèi)外的專家致力于LED的發(fā)光均勻性的研究,，但其實(shí)LED是一個(gè)光、電,、熱相互影響的綜合系統(tǒng),，其輸出的光學(xué)性能會(huì)受到輸入的電流和結(jié)點(diǎn)溫度的影響。
LED的PN結(jié)中注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái),，將電能直接轉(zhuǎn)換為光能,， led亮化工程公司，但是在這個(gè)過(guò)程中,，會(huì)產(chǎn)生大量的熱,，如果這些熱量無(wú)法及時(shí)散開(kāi)，就會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)的溫度迅速上升,，從而影響到倒裝LED燈絲的發(fā)光性能,。
本文研究倒裝LED燈絲在不同直流電流驅(qū)動(dòng)下的光通量、色溫等輸出光性能隨輸入電流和溫度變化的規(guī)律,，比較初態(tài)和穩(wěn)態(tài)（點(diǎn)亮30min之后）的光通量,、色溫等，分析溫度對(duì)于光學(xué)性能的影響,。
1.樣品制備與測(cè)試
1.1 樣品制備
將倒裝LED芯片通過(guò)固晶機(jī)固定于白陶瓷基板上,，陶瓷基板尺寸為60 mm×1.2 mm×0.38 mm，芯片尺寸為12 mil×26 mil,，酒店led照明,，用兩層體涂覆方式對(duì)燈絲進(jìn)行點(diǎn)膠。取6根上述方法制備的燈絲,，將6根燈絲串聯(lián)在一起,，樣品如圖1所示。

1.2 測(cè)試
采用型號(hào)為ZWL-9200的中為積分球測(cè)量光通量,、色溫和色坐標(biāo),。被測(cè)LED采用固定夾具置于積分球中心,，LED發(fā)射的光經(jīng)積分球內(nèi)部白色漫反射層，漫反射一部分光線通過(guò)積分球表面的通光孔徑光纖傳輸?shù)轿⑿投嗤ǖ拦庾V儀,，光譜儀采集的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示,，光源采用恒流源供電。
2.分析與討論
采用中為的積分球進(jìn)行測(cè)試,。將樣品點(diǎn)亮,，放進(jìn)積分球，測(cè)試得到瞬態(tài)色溫,，光通量和色品坐標(biāo)等,。點(diǎn)亮30 min后，再次進(jìn)行測(cè)量得到穩(wěn)態(tài)的光學(xué)性能,。隨后,，將瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，得出結(jié)論,。
2.1 光通量分析

光通量隨電流的變化如圖2所示,，無(wú)論是在初態(tài)還是穩(wěn)態(tài)，光通量都隨電流的增加而增加,。這是因?yàn)镻N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(huì)增加，從而導(dǎo)致LED的光通量增加,。理論上,，LED 的光通量隨電流的增大而線性增大。
但是,，如圖2所示,，在初態(tài)且電流為10~25 mA的時(shí)候，星級(jí)酒店照明燈具,，光通量隨電流的變化是1條斜率K=18左右的直線,，電流與光通量幾乎呈線性關(guān)系，而在25~30 mA的時(shí)候,，斜率K=16.113 2,，有了明顯的下降。
由此可以看出,，在初態(tài)時(shí),，電流和光通量幾乎成線性關(guān)系，在30 mA點(diǎn)亮?xí)r,，因?yàn)長(zhǎng)ED芯片趨于飽和狀態(tài),，才導(dǎo)致斜率有了明顯的下降,。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，LED-T5一體化燈管,，相鄰兩點(diǎn)之間的斜率依次為K1=17.591 2,，K2=16.557 8，K3=15.113 2,，K4=13.668 4,， 光通量與電流不再成線性關(guān)系，而且隨著電流的增加,，光通量增加的量越來(lái)越�,。ㄐ甭手饾u減少），這是因?yàn)殡娏鞯纳仙龑?dǎo)致結(jié)溫上升,，且燈絲沒(méi)有及時(shí)散熱,，從而導(dǎo)致結(jié)溫對(duì)光通量造成影響，產(chǎn)生光衰,。由此可見(jiàn),，熱量會(huì)導(dǎo)致芯片老化，而芯片老化是光通量下降的根本原因,。
根據(jù)圖2初態(tài)和穩(wěn)態(tài)的比較,，可以發(fā)現(xiàn)點(diǎn)亮30min之后（即穩(wěn)態(tài)），燈絲的光通量均有所下降,，且下降趨勢(shì)隨著電流的增加也越來(lái)越明顯,。10 mA驅(qū)動(dòng)時(shí)，穩(wěn)態(tài)的光通量為瞬態(tài)的99.8%,，15 mA驅(qū)動(dòng)時(shí),，穩(wěn)態(tài)的光通量為瞬態(tài)的98%，ROSH認(rèn)證,，20 mA驅(qū)動(dòng)時(shí),，穩(wěn)態(tài)的光通量為瞬態(tài)的95%，LED照明品牌,，25 mA驅(qū)動(dòng)時(shí),，穩(wěn)態(tài)的光通量為瞬態(tài)的92.7%， 30 mA驅(qū)動(dòng)時(shí),，穩(wěn)態(tài)的光通量為瞬態(tài)的91%,。
由此可見(jiàn)，當(dāng)輸入電流較小時(shí),，光通量隨溫度升高而減少的現(xiàn)象不清晰,，但隨著電流的逐漸加大，光衰現(xiàn)象非常明顯,。因?yàn)殡S著溫度的升高,，LED 的電光轉(zhuǎn)換效率下降,，即輸入相同的電功率所產(chǎn)生的可見(jiàn)光的量在減少，所以光通量也減少,。
2.2 色溫分析

根據(jù)圖3和圖4所示,，初態(tài)和穩(wěn)態(tài)不同電流下的色溫，落點(diǎn)均在bin區(qū)內(nèi),，而且落點(diǎn)集中,，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)之后,，色坐標(biāo)落點(diǎn)仍然十分集中,，沒(méi)有明顯的漂移。色坐標(biāo)的漂移主要因素是熒光粉性能的老化,，而過(guò)高的熱量又是導(dǎo)致熒光粉性能老化的首要因素,。由此可以看出，室外照明,，倒裝LED燈絲具有良好的散熱性,，從而保證倒裝LED燈絲的穩(wěn)定和可靠。而色坐標(biāo)微小的漂移與熒光粉的顆粒,，攪拌均勻度,，芯片亮度等原因有關(guān)。

根據(jù)圖5所示,，在穩(wěn)態(tài)情況下倒裝燈絲的色溫均上升,，在10 mA時(shí)，增長(zhǎng)量為0.39%,，在15 mA時(shí)，增長(zhǎng)量為0.48%,， led亮化工程,，在20 mA時(shí)，增長(zhǎng)量為0.68%,，在25 mA時(shí),，增長(zhǎng)量為0.77%，在30 mA時(shí),，增長(zhǎng)量為0.77%,。
色溫的增量隨著電流增大最后趨于飽和，說(shuō)明熒光粉的熱猝滅效應(yīng)大于芯片,，超市照明,，熱輻射的溫度大于芯片的溫度。而色溫隨電流的增加而增加,，是因?yàn)殡S著電流的增加,， led室內(nèi)照明,，倒裝燈絲中的芯片發(fā)出的藍(lán)光增多，而熒光粉層的厚度是一定的,，則出射的白光中藍(lán)光成分增加,，節(jié)能與環(huán)保，從而使燈絲的色溫增加,，當(dāng)LED芯片發(fā)出的藍(lán)光趨于飽和狀態(tài)時(shí),，色溫的增加也將變得緩慢。
英國(guó)物理學(xué)家凱爾文（Kelvin）于1848年在一次物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光色與溫度的關(guān)系,。他把黑體（又稱絕對(duì)黑體,，也稱完全輻射體）放在密封容器中加熱，以絕對(duì)零度（-273.16℃）為計(jì)算起點(diǎn),，溫度每升高1℃,，色溫相應(yīng)提高1K。
溫度與電流也成線性關(guān)系,，因此,，色溫與電流也成線性關(guān)系，但是根據(jù)圖5所示,，無(wú)論初態(tài)還是穩(wěn)態(tài)在15 mA時(shí),，行業(yè)資訊，斜率從4.5左右瞬間下降到1.4左右,，發(fā)生了一個(gè)突變,，由此可見(jiàn)，電流的增大,，溫度的上升不僅能夠激發(fā)LED芯片的藍(lán)光,，還會(huì)造成LED芯片的衰減，而且溫度對(duì)于LED衰減的影響將遠(yuǎn)大于其所激發(fā)的藍(lán)光,。
2.3 溫度分析
運(yùn)用熱電偶測(cè)量點(diǎn)亮30 min之后燈絲的平均溫度,。根據(jù)公式Tj=Ths+RjPheat=Ths+RjKhPd，式中Rj為L(zhǎng)ED的內(nèi)部熱阻,，Tj為結(jié)溫,，Kh為發(fā)熱系數(shù)， 由此可以看出,，燈絲的平均溫度從一定程度上反映燈絲內(nèi)部的結(jié)溫,。