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发光效率和视觉灵敏度

 ① LED效率有内部效率(pn结附近由电能转化成光能的效率)与外部效率(辐射到外部的效率)。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。

    LED光电最重要的特性是用辐射出光能量(发光量)与输入电能之比,即发光效率。

    ② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。若视觉灵敏度记为Kλ,则发光能量P与可见光通量F之间关系为 P=Pλdλ ; F=KλPλdλ

    ③ 发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=e/hcI)∫λPλdλ

    若输入能量为W=UI,则发光能量效率ηP=P/W

    若光子能量hc=ev,则η≈η,则总光通F=F/PP=KηPW 式中K= F/P

    ④ 流明效率:LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP

    它是评价具有外封装LED特性,LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大,故也叫可见光发光效率。

 

    以下列出几种常见LED流明效率(可见光发光效率):

    LED发光颜色 λpnm) 材料可见光发光效率(lm/w) 外量子效率

    最高值 平均值

    红光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2

    黄光 590 GaP:N-N 0.45 0.1

    绿光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15

    蓝光 465 GaN 10

    白光 谱带 GaN+YAG 小芯片1.6,大芯片18

     品质优良的LED要求向外辐射的光能量大,向外发出的光尽可能多,即外部效率要高。事实上,LED向外发光仅是内部发光的一部分,总的发光效率应为

     η=ηiηcη,式中ηi向为pn结区少子注入效率,ηc为在势垒区少子与多子复合效率,ηe为外部出光(光取出效率)效率。

     由于LED材料折射率很高ηi3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时(无环氧封装)若垂直入射,被空气反射,反射率为(n1-12/n1+12=0.32,反射出的占32%,鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收,于是大大降低了外部出光效率。

     为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施:① 用折射率较高的透明材料(环氧树脂n=1.55并不理想)覆盖在芯片表面;② 把芯片晶体表面加工成半球形;  ③ 用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽,可使红外GaAsGaAsPGaAlAsLED效率提高4~6倍。

原创文章:"http://www.cntronics.com/public/tool/kbview/kid/1227/cid/1"

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