半導體照明(LED)知識總結(jié)

1、半導體照明( LED )百題問答上海市光電子行業(yè)協(xié)會二 OO 五年二月1、光的本質(zhì)是什么，物體發(fā)光有哪幾種方式？ 4 TOC o 1-5 h z 2、謂電致發(fā)光？半導體發(fā)光為何屬冷光？54、簡單介紹一下LED 的發(fā)展歷史好嗎？ 55、請問照明光源的基本種類與主要性能有哪些？66、如何描述LED 的基本特性？ 67、傳統(tǒng)光源相比，LED 光源有哪些優(yōu)點？ 89、何謂綠色照明光源？它有哪些特點？810、為什么說21 世紀將迎來照明產(chǎn)業(yè)自愛迪生發(fā)明白熾燈以來又一次產(chǎn)業(yè)革命？ 912、哪些產(chǎn)業(yè)是LED 產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成部分？ 1018、當前我國LED 產(chǎn)品與國際先進相比，主要差距在哪里？ 1019 LED

2、 的發(fā)光源是 PN 結(jié)，是如何制成的？哪些是常用來制造LED 的半導體材料？11 TOC o 1-5 h z 22、當前生產(chǎn)超高亮LED 的外延方法主要有幾種？什么是MOCVD ？1127、請可否能深入淺出地介紹一下LED 芯片的制造流程。 1229、通過哪些芯片制造過程中的工藝技術(shù)措施，可以提高芯片發(fā)光強度與出光效率？1330、LED的芯片為什么要分成諸如8mil , 9mil13至22mil , 40mil等不同的尺寸？尺寸大小對 LED 光電特性有哪能些影響？ 1534、請介紹一下“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點？1635、什么是“倒裝裝芯片”(Flip Chip ) ?它的結(jié)構(gòu)如何？它

3、有哪些優(yōu)點？1636、用于半導體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么？17LED 芯片封裝成發(fā)光二極管一般可以分成哪幾種形式？他們在結(jié)構(gòu)上各有什么不同？17LED 芯片封裝成器件一般的制造程是什么？ 18 TOC o 1-5 h z 39、為什么要將芯片進行封裝？封裝后的器件比裸芯在性能上有什么不同？1841、何謂“一次光學設計”？LED 封裝中有哪幾種出光透鏡？他們有何特點？ 1942、大功率LED 的封裝形式目前常見的有哪幾種？他們各自有哪些異同？ 2046、能否簡單介紹一下芯片粘結(jié)工藝中的“合金粘結(jié)”工藝？2048、白光LED 是通過哪些方法來實現(xiàn)的？ 21當前制造白光LED 的主流方法是什么

4、？ 22白光LED 當前具有代表性的產(chǎn)品的水平如何？ 2251什么是色溫？什么是顯色指數(shù)？2252照明領(lǐng)域?qū)Π坠釲ED 的光電性能有哪些基本要求？ 23 LED 光源取代傳統(tǒng)光源從目前來看還需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵？ 23白光 LED 的光譜與單色光（紅、黃、藍、紫等）的光譜有些什么區(qū)別？ 25為什么用太陽能電池與白光LED 組合的照明系統(tǒng)被稱為“真正的綠色照明”系統(tǒng)？2659什么是LED 的內(nèi)量子效率？不同的發(fā)光波長，假定內(nèi)量子效率達100% ，其電 -光效率有何不同？ 26LED PN 結(jié)有源層發(fā)出的光子能否100%逸出到空氣中？2762、能否簡述一下提高LED 芯片電一光轉(zhuǎn)換效率的意

5、義何在？ 2863、衡量LED 器件光電轉(zhuǎn)換優(yōu)劣的參數(shù)主要有哪些？ 2964、單個LED 的流明效率與用 LED 作光源構(gòu)成的燈具的流明效率有什么異同？ 3065、什么是人眼對光的視覺函數(shù)？3166、人眼對光的視覺函數(shù)這一特點對我們了解LED 有什么作用？ 32為什么一個藍光LED 在涂上特殊的熒光粉構(gòu)成白光LED 后， 其輻射光通量會比藍光的高出幾倍基至十幾倍？ 32LED 在照明應用中，往往要知道這個LED 的照度是多少，請問照度的定義是什么？知道了這個 LED 的輻射光通量，能否求出它的照度？ 3370、請問LED光通量。與發(fā)光強度即光強是否能相互轉(zhuǎn)換？3471、LED的發(fā)光強度Iv與照

6、度E之間如何進行換算？3472、為什么說用積分球來測量LED 的光通量時，可以認為：在積分球內(nèi)表面任一點位置上得到的由另一部分反射出的照度，不受點的位置的影響？ 3573、為什么LED PN 結(jié)上溫度升高會引起它的光電參數(shù)退化？ 3675、衡量LED 長期使用性能退化的主要指標是什么？ 3676、什么是LED 的結(jié)溫，它是如何產(chǎn)生的？ 37 TOC o 1-5 h z 77、簡述結(jié)溫對LED 光輸出的影響3879當結(jié)溫上升時，LED 的發(fā)光波長與顏色如何變化？ 3980簡述什么是熱阻？它的定義和單位是什么？4081 LED PN 結(jié)上最高結(jié)溫的含義是什么？ 4082試述LED 器件的熱阻模型，

7、它由哪些部分構(gòu)成？各有什么特點？ 4183為什么說提高光效可降低結(jié)溫，試述提高光效的主要途徑4284試述熱阻在功率LED 光源應用中的作用 4385、如何減小LED 的熱阻值4486請簡單介紹一下目前常用的熱阻測試方法：4587何謂功率型LED ，請介紹一下它的發(fā)展概況： 46 LED 工作時，較好的驅(qū)動方法是什么方法？ 47.有哪些常用的恒流驅(qū)動 LED 的方法？請作簡單介紹。 4893如何實現(xiàn)LED 的調(diào)光、調(diào)色？請舉一簡單例子說明。 50LED 的“壽命”是什么樣一種概念？什么是“浴盆”曲線？ 52LED 失效的判據(jù)是什么？失效率又如何？ 5498、是否可以通過試驗來剔除早期失效的LED

8、 ？5499、什么是靜電破壞？哪些類型的LED 容易受靜電破壞導致失效？ 55101、從哪些方面著手改進和注意可以提高LED 在應用中的可靠性，降低失效率？ 56102、 LED 要進入照明領(lǐng)域還存在哪些問題，還要做哪些工作？ 571、光的本質(zhì)是什么，物體發(fā)光有哪幾種方式？光是一種能量的形態(tài)， 它可以從一個物體傳播到另一個物體， 其中無需任何物質(zhì)作媒介。 通常將這種能量的傳遞方式謂之輻射， 其含義是能量從能源出發(fā)沿直線 （在同一介質(zhì)內(nèi)） 向四面八方傳播。關(guān)于光的本質(zhì)，早在十七世紀中葉就被牛頓與麥克斯韋分別以 “微粒說” 、 “波動說”進行了詳細探討，并成為當前所公論的光具有“波粒二重性”的理論

9、基礎(chǔ)。約 100多年前，人們又進一步證實了光是一種電磁波，更嚴格地說， 在極為寬、闊的電磁波譜大家族中?？梢姽獾墓獠ㄖ徽加泻苄〉目臻g，如表1-1 所示。其波長范圍處在 380nm-770nm表 1-1：電磁波譜波長區(qū)域電磁波譜種類波長范圍nm cm M長波振蕩 105無線電波1 105微波10-1 102紅外線0.77 103可見光380 770紫外線10 390X 射線10-3 50r 射線10-510-1宇宙射線 = 0 C時光線全部被反射向晶體內(nèi)部，如果在LED晶體與空氣之間鍍一層中等折射率的介質(zhì)層可增大臨界角0 Co比如GaP的N1=3.3如果還沒有介質(zhì)層則臨界角0 C=17.7度。覆

10、蓋一層N2=1.66的介質(zhì)層后9C可能增大到了 30.3度，光強可提高為2.5倍。目前通過工藝和結(jié)構(gòu)上的改進可以提高芯片的出光效率，歸納起來有如下幾種有效方法：（ 1 ） 透明襯底技術(shù)通常 LED 的襯底用 GaAs 材料，但 GaAs 是一種吸光材料， LED 發(fā)出的光會被它吸收，降低出光效率。為此，在外延成PN 結(jié)后，用腐蝕的方法GaAs 襯底去除，然后在高溫條件下將能透光的 GaP 粘貼上去做襯底，使PN 結(jié)射出光通過金屬底板反射出去，提高出光效率。這種方法在制作InGaAlP 四元芯片時，在去除GaAs 襯底后先用粘貼方法制作一層金屬鏡面反光層，然后再粘貼基板，這樣使射向襯底的光放射到

11、出光面，使芯片出光效率提高。（ 2 ） 芯片表面粗化法由于GaN的折射系數(shù)Y 1=2.3,與空氣折射系數(shù)Y 1=1相差較大，其余反射臨界角僅為25，使大部分光不能逸出到空氣中去，出光效率較低。為此，通過改變GaN 與空氣的介面的幾何形狀， 使全反射臨界角增大， 提高出光效率， 這就是通過芯片表面粗化的方法來實現(xiàn)。圖 29-2 示出芯片出光面示意圖。圖 29-2（ 3）芯片倒梯形結(jié)構(gòu)。 CREE 公司有一款芯片采用倒梯形結(jié)構(gòu)后也提高了光強，如圖29-3。由于這種結(jié)構(gòu)的芯片其邊緣部分的全反射臨界角增大，光子逸出率提高，并能從碗腔射出，提高光強和出光效率。圖 29-3（3）Flip-chip 技術(shù)。

12、參見第 35題。30、LED的芯片為什么要分成諸如8mil , 9mil13至22mil , 40mil等不同的尺寸？尺寸大小對 LED 光電特性有哪能些影響？LED 芯片大小根據(jù)功率可分為小功率芯片中功率芯片和大功率芯片。根據(jù)客戶要求可分為單管級數(shù)碼級， 點陳級。 以及裝飾照明用。 至于芯片的具體尺寸大小是根據(jù)不同芯片生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)水平而定。沒有具體要求。只要工藝過關(guān)芯片小可提高單位產(chǎn)出并降低成本。光電性能并不會發(fā)生根本變化， 芯片的使用電流大， 他們的單位電流密度基本差不多。 如果10mil 芯片的使用電流是20mA 的話，那么 40mil 芯片理論上使用電流可以提高 16 倍即320

13、mA 。 但是考慮到散熱是大電流下的主要問題， 所以他的發(fā)光效率比小電流低， 另一方面由于面積增大，芯片的體電阻會降低，所以正向?qū)妷簳兴档汀?4、請介紹一下“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點？所謂透明電極一是要能夠?qū)щ姡?二是要能夠透光。 這種材料現(xiàn)在最廣泛應用在液晶生產(chǎn)工藝中，其名稱叫氧化錮錫，英文縮寫ITO,但它不能作為焊墊使用。一般結(jié)構(gòu)如圖34-1。制作時要在芯片外延表面做好歐姆接觸電極， 然后在表面覆蓋一層 ITO ， 再在 ITO 表面鍍一層焊墊。這樣從引線上下來的電流通過ITO 層均勻分布到各個歐姆接觸電極上，同時ITO 由于折射率處于空氣與外延材料折射率之間，可提高出光角度

14、，光通量也可增加。35、什么是“倒裝裝芯片”（ Flip Chip ） ?它的結(jié)構(gòu)如何？它有哪些優(yōu)點？普通藍光 LED 芯片結(jié)構(gòu)如圖 35-1：藍光 LED 通常采用 Al2O3 用襯底硬度高、熱導率和電導率低，如果采用正裝結(jié)構(gòu)，一方向會帶來防靜電的問題， 另一方面， 在大電流情況下散熱也會成為最主要的問題。 同時由于正面電極朝上，會遮掉一部分光，發(fā)光效率會降低。大功率藍光LED （如圖 35-2 ）通過芯片倒裝技術(shù)（ FLIP CHIP ）可以比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)得到更多的有效出光?，F(xiàn)在主流的倒裝結(jié)構(gòu)做法是：首先制備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍光LED 芯片。同時制備出比藍光LED 芯片略大

15、的硅襯底，并在上制作出共晶焊的金導電層及引出導線層（超聲金絲球焊點）。 然后， 利用共晶焊接設備將大功率藍色LED 芯片與硅襯底焊接在一起。這種結(jié)構(gòu)的特點是外延層直接與硅襯底接觸， 硅襯底的熱阻又遠遠低于藍寶石襯底， 所以散熱的問題很好地解決了。 由于倒裝后藍寶石襯底朝上，成為出光面，藍寶石是透明的， 因此出光問題也得到解決。 如果在外延表面作一層金屬反光層， 那么有源層向下發(fā)的光通過金屬鏡面反射向上，通過Al2O3 襯底向外發(fā)射，提高了出光效率。36、用于半導體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么？隨著半導體LED 技術(shù)地發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應用也越來越多，特別是白光LED 的出現(xiàn)，更是成為半導體

16、照明的特點。 但是關(guān)鍵的芯片、 封裝技術(shù)還有待提高， 在芯片方面要朝大功率、 高光效和降低熱阻方面發(fā)展。 提高功率意味著芯片的使用電流加大， 最直接的解決方法是加大芯片尺寸，現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的大功率芯片都在Immximm左右，使用電流在 350mA。由于使用電流的加大，散熱問題成為了突出問題，現(xiàn)在通過芯片倒裝的方法基本在350mA 。由于使用電流的加大， 散熱問題成為了突出問題， 現(xiàn)在通過芯片倒裝的方法基本解決了這一問題。隨著LED 技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應用會面臨一個前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。LED 芯片封裝成發(fā)光二極管一般可以分成哪幾種形式？他們在結(jié)構(gòu)上各有什么不同？LED 芯片的封裝形式很多

17、，針對不同使用要求和不同的光電特性要求，有各種不同的封裝形式，歸納起來有如下幾種常見的形式：1 ） 軟封裝芯片直接粘結(jié)在特定的 PCB 印制板上，通過焊接線連接成特定的字符或陳列形式，并將LED 芯片和焊線用透明樹脂保護，組裝在特定的外殼中。這種欽封裝常用于數(shù)碼顯示、字符顯示或點陳顯示的產(chǎn)品中。2 ） 引腳式封裝常見的有將 LED 芯片固定在 2000 系列引線框架上，焊好電極引線后，用環(huán)氧樹脂包封成一定的透明形狀，成為單個LED 器件。這種引腳或封裝按外型尺寸的不同可以分成 。3、。5直徑的封裝。這類封裝的特點是控制芯片到出光面的距離，可以獲得各種不同的出光角度：15、30、45、60、90

18、、120等，也可以獲得側(cè)發(fā)光的要求，比較易于自動化生產(chǎn)。3 ）微型封裝即貼片封裝將LED 芯片粘結(jié)在微小型的引線框架上，焊好電極引線后，經(jīng)注塑成型，出光面一般用環(huán)氧樹脂包封4）雙列直插式封裝用類似IC 封裝的銅質(zhì)引線框架固定芯片，并焊接電極引線后用透明環(huán)氧包封，常見的有各種不同底腔的“食人魚”式封裝和超級食人魚式封裝，這種封裝芯片熱散失較好，熱阻低， LED 的輸入功率可達0.1W0.5W 大于引腳式器件，但成本較高。（ 5 ） 功率型封裝功率 LED 的封裝形式也很多， 它的特點是粘結(jié)芯片的底腔較大， 且具有鏡面反射能力， 導熱系數(shù)要高， 并且有足夠低的熱阻， 以使芯片中的熱量被快速地引到器

19、件外，使芯片與環(huán)境溫度保持較低的溫差。具體見 42 題。LED 芯片封裝成器件一般的制造程是什么？LED 芯片的封裝流程視不同封裝結(jié)構(gòu)略有不同，但原則上為如圖 38-1 所示的通常使用的封裝流程圖39、為什么要將芯片進行封裝？封裝后的器件比裸芯在性能上有什么不同？（ 1 ） 通過封裝保護芯片不受氣氛侵害和震動、沖擊性損害由于 LED 芯片無法直接使用，必須固定在支架等便于使用的裝置中，因此芯片與支架必須通過“打線”引出加注電流的導線，即引線。這些連線很細，直徑僅 0.1mm 以下的金或鋁線不能耐受沖擊，另外芯片表面必須不受水、 氣等物質(zhì)侵蝕， 同樣要加以固封保護。這就要用透明率極高的材料加以灌

20、封。一般常用透明環(huán)氧樹脂或透明硅膠類材料將芯片保護起來。（ 2 ）我們知道，如果芯片與空氣直接做界面，由于芯片材料與空氣的光折射系數(shù)相差較大，導致芯片內(nèi)發(fā)出的光大部分被反射回芯片，不能逸出到空氣中去。以 GaAs 材料與空氣為例，在界面處，芯片的全反射臨界角 0 c約為14； 僅4-12%的光子能逸出到空氣中， 如果用折射系數(shù)為1.5的環(huán)氧樹脂與芯片做截面，則其 0 c約為22.6。，則提高了光的逸出 率，再用球型環(huán)氧樹脂與空氣作為界面，則其內(nèi)部的光子幾乎絕大部分可以逸出到空氣中，僅不到4% 的被反射，因此，通過選擇封裝材料的折射系數(shù)與芯片作界面進行封裝，可以提高 LED 的出光效率。（ 3

21、）增大芯片上熱量散失的能力芯片通過引線支架，可以將芯片由于施加功率引起溫度升高的熱量導出到空氣中去，也就是可以提高芯片 PN 結(jié)上施加的電功率，提高芯片使用的可靠性，改善因結(jié)溫升高而引起的光電參數(shù)的退化。（ 4 ）方便 LED 的組裝與使用。由于 LED 封裝的形式較多，對于不同的使用場合和安裝上的要求，可以選擇最有利于組裝和散熱的封裝，這就使LED 器件的應用范圍得以拓展。41、何謂“一次光學設計”？ LED 封裝中有哪幾種出光透鏡？他們有何特點？在 LED 封裝過程中，一個很重要的方面是如何達到高的出光效率和符合不同出光要求的發(fā)光配光要求？這就是LED “一次光學”設計要解決的問題。LED

22、 裸芯片是無法直接使用的，必須加以封裝。與其他半導體器件不同，它要通過封裝將芯片發(fā)出的光盡可能多地取出來， 不僅如此還要達到不同的出光角度， 配光要求。 由于這比 較專業(yè)，這里僅舉例加以簡單說明。圖 41-1 示出芯片與某一材料的光線傳達輸路徑的示意圖。 其中 n1 是 LED 芯片， 例如 InGaN ，其折射系數(shù)為 2.3，環(huán)氧樹脂，其折射系數(shù)為1.5，顯然這種平面結(jié)構(gòu)，芯片射出的光會發(fā)生全反射系數(shù)為1.5,顯然這種平面結(jié)構(gòu)，芯片射出的光會發(fā)生全反射到芯片內(nèi)部的臨界角0c=arcSin（1.5/2.3）40.7 ,它較之芯片與空氣直接彳界面時的臨界角大出 14.3,顯然提高出 光率， 如果

23、使環(huán)氧樹脂的幾何形狀通過設計成一定的透鏡形狀， 就可以使環(huán)氧樹脂中的光向空氣中射出的路徑進行變化，形成不同的出光角度，如 15，30，60，120等，也可以通過使用 PC 材料作臨界面，將芯片的光通過折射形成平行光，發(fā)射出去（聚光）或從透鏡四邊側(cè)面射出（側(cè)發(fā)光）等不同的配光方式，這就是所謂LED 封裝中的一次光學設計。42、大功率LED 的封裝形式目前常見的有哪幾種？他們各自有哪些異同？常見的功率LED 的封裝結(jié)構(gòu)如圖42-1 所示，在這種封裝結(jié)構(gòu)中將LED 功率芯片用合金法“燒結(jié)”在銅質(zhì)碗腔內(nèi)加以固定，引線經(jīng)焊接將LED 正負電極與覆銅墻鐵壁鋁基板上的焊點連結(jié)起來，再用透明硅膠（白光則用熒光

24、粉）覆蓋芯片和引線， 最后將根據(jù)要求的出光角度的透鏡安裝在鋁基板上， 構(gòu)成一個功率LED 器件。 鋁熱沉的厚度與面積視LED 功率大小的確定，可以有各種不同的尺寸和形式。由于用 PC 樹脂作透鏡，可以根據(jù)發(fā)光的要求的不同，設計出聚光型，發(fā)散型，側(cè)光型等透鏡。集成多芯片封裝這種封裝形式就是將多個LED 芯片組裝在同一個基板上，根據(jù)使用要求用印刷技術(shù)使各個芯片連接成一定的串/并結(jié)構(gòu)，可以用多個使每個芯片出光角度為一定的小透鏡，組成一個大尺寸的出光面，圖42-2 示出這種結(jié)構(gòu)的實樣示意圖。隨著 LED 應用的拓展和封裝技術(shù)的提高，各種性能好，成本低，便于大生產(chǎn)的封裝方式會層出不窮，越來越多。46、能

25、否簡單介紹一下芯片粘結(jié)工藝中的“合金粘結(jié)”工藝？在功率 LED 芯片封裝過程中，芯片與支架底腔的固晶，為了降低粘結(jié)層的熱阻，可以采用“合金粘結(jié)”的方法。這種方法是將LED 芯片與支架底腔間放置一種合金材料，通過加溫加壓的方法使之共熔粘合固化，是芯片牢固地定位在支架（或熱沉）上。合金粘結(jié)的關(guān)鍵是找到芯片襯底蒸鍍得金屬材料（例如 AuBe ）與支架碗腔放置芯片處的金屬鍍層 （例如金和鉛錫等）放置的合金材料在某一溫度（稱之共晶溫度）從而使這三者共溶固化。一般這一共晶溫度可以從合金材料的相圖上尋找到，為說明方便，我們舉一個鉛錫合金（PbSn）為例對合金工藝作一介紹。圖 46-1圖46-1示出PbSn的

26、相圖。由圖知：X軸是Pb和Sn的配比百分率。Y軸則是溫度。顯然， （ A ）點是鉛的熔點 327，（ E ）點是Sn 的熔點232，曲線（ A ） （ C） （ E ） ）為表示Pb 和 Sn 在不同配比時的熔點曲線，其上部是溶化區(qū)，即液態(tài)區(qū)，因此稱這條曲線為 Pb-Sn液相曲線，同樣，曲線（A） （B） （C） （D） （E）為PbSn的固相曲線，即其下部為固體。這二條曲線之向的陰影區(qū)域為 PbSn 非液非固的塑性區(qū)，稱為可塑區(qū)。僅（C ）點處于液相與固相的交點，周邊無可塑區(qū)，這一點的溫度183 ，稱為共晶溫度。假設芯片襯底有一個Sn層，支架底腔有一層Pb層（或為錫層）中間放一 PbSn薄層

27、（如0.1mm）在183c下即可進行合金作粘結(jié)層，這就是所謂的合金法，一般，在LED 封裝中用金錫合金作粘結(jié)層較多，只要利用金錫的相圖可以找到一定配比的共晶溫度。由于合金材料導熱系數(shù)較之銀膠等高一個數(shù)量級， 因此可以大幅度降低這一層面的熱阻， 有利于將芯片內(nèi)的熱量導出到芯片外，增大LED 功率容量。48、白光 LED 是通過哪些方法來實現(xiàn)的？目前 LED 實現(xiàn)白光的方法主要有三種：（ 1 ） 通過 LED 紅、藍、黃的三基色多芯片組合發(fā)光合成白光；優(yōu)點：效率高、色溫可控、顯色性較好。缺點：三基色光衰不同導致色溫不穩(wěn)定、控制電路較復雜、成本較高。（ 2 ）藍光 LED 芯片激發(fā)黃色熒光粉，由 L

28、ED 藍光和熒光粉發(fā)出的黃綠光合成白光，為改變顯色性能還可在其中加少量紅色熒光粉或同時加適量綠色、紅色熒光粉；優(yōu)點：效率高、制備簡單、溫度穩(wěn)定性較好、顯色性較好。缺點：一致性差、色溫、角度變化。（ 3 ）近紫外光 LED 芯片激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光。優(yōu)點：顯色性好、制備簡單。缺點：目前LED 芯片效率較低、有紫外光泄漏問題、熒光粉溫度穩(wěn)定性問題有待解決。當前制造白光LED 的主流方法是什么？基于三基色原理，目前LED 實現(xiàn)白光的方法主要有多種，其中技術(shù)相對簡單的主流方法是在 GaN 基藍光 LED 芯片上涂一層黃色熒光粉， 一部分藍光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生黃綠光， 與直接透過熒光粉的藍光混合產(chǎn)生

29、白光，目前已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。白光 LED 當前具有代表性的產(chǎn)品的水平如何？LED 當前具有代表性的產(chǎn)品是美國 Lumileds 公司生產(chǎn)的功率LED 光源，這種光源稱之為“ Luxeon Emitter ” ，它是能水平歸納于下表：表 50-1 工作電流 IF=350mALuxeon Emitter 型號 顏色Luxeon 系列產(chǎn)品基本形式（ 1 瓦） ，現(xiàn)將在其網(wǎng)站上公布的性結(jié)溫 TJ=25 VF （V ）LXHL-BW02LXHL-BW03LXHL-P01LXHL-DW01光束空間分布類型白色 暖白色 白色 白色5500330055005500252025223.42 蝙蝠翼型3.42 蝙蝠

30、翼型3.42 朗伯型3.42 側(cè)射型色溫（K） 光通量典型值 6 V （lm） 正向電壓典型值51什么是色溫？什么是顯色指數(shù)？色溫是用來表示光源顏色的量，當光源發(fā)射的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時，黑體的溫度（ TC ）稱為該光源的顏色溫度或叫色溫。為了求得光源的色溫，需先求得 它的色度坐標，然后在色度坐標圖上由 CIE1960UCS 推薦的 ISO 色溫線求取色溫。對于相對光譜功率分布偏離黑體相對光譜功率分布較遠的光源， 用色度坐標與其靠近的黑體溫度來表示該光源的相關(guān)色溫，在色溫線上求取相關(guān)色溫。光源的顯色指數(shù)是光源顯色性的定量描述，表示符號為Ra。光源對物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性

31、， 也就是顏色逼真的程度， 顯色性高的光源對物體再顯較好， 我們所看到的顏色也較接近自然原色； 顯色性低的光源對顏色的再現(xiàn)性差， 我們看到的顏色偏差也較大。 國際照明委員會CIE把太陽的顯色指數(shù)定為Ra=100,各類光源的顯色指數(shù)各不相同。顯色性是照明設計上非常重要的參數(shù)，直接影響被照物品燈光下顏色真實的效果。52照明領(lǐng)域?qū)Π坠釲ED 的光電性能有哪些基本要求？照明領(lǐng)域?qū)Π坠釲ED 的光電性能的基本要求一般以瓦級單芯片封裝的白光功率LED 來表 示：發(fā)光效率： 20lm/W（Ip=350mA）發(fā)光通量：=發(fā)光效率X正向電壓X 350mA色溫： 3000-8000K顯色指數(shù)： 70-85熱阻：

32、20C/W壽命： 1-5 萬小時53能否從照明光源的基本性能上列表比較一下白熾燈、熒光燈與白光LED 的優(yōu)劣？表 53-1 白熾燈、熒光燈與目前白光LED 基本性能的優(yōu)劣比較 名稱 白熾燈 熒光燈 白光 LED光效（ lm/W ）15 70-100 30顯色指數(shù)（Ra）100 70-9870-85色溫（ K ）2800 系列化 4000-8000平均壽命（ h ）10001000050000量產(chǎn)技術(shù) 存在問題 維護頻 燈炮易碎價格（美元/lm ）0.0030.0023.6耗電成本（美元/lm?h ）0.7 0.2 0.4照明面發(fā)熱量高 中 低成熟 成熟 待改進低效率高耗電廢棄汞蒸汽破壞環(huán)保燈管

33、易碎光效待提高散熱技術(shù)尚待改進54 LED 光源取代傳統(tǒng)光源從目前來看還需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵？需克服哪些障礙和基本技術(shù)關(guān)鍵主要有以下幾個方面：發(fā)光效率障礙LED 發(fā)出的光由于具有單色性，不需外加彩膜（濾光片） ，而白熾燈加彩膜后其有效發(fā)光效率僅為白熾燈原來光效的1/10 ，所以LED 在交通燈、建筑裝飾、汽車警燈等應用領(lǐng)域，由于其效率高、 節(jié)省電能被廣泛使用， 正在逐步取代帶彩色膜的白熾燈。 然而照明光源多為白光，目前白光LED 用于局部照明，節(jié)能效果有限。 只有白光 LED 的發(fā)光效率遠高于熒光燈達到 150-200lm/W 才會有明顯的節(jié)能效果，因此LED 光源取代傳統(tǒng)光源的最大障

34、礙是其發(fā)光效率。價格障礙價格是 LED 光源取代傳統(tǒng)光源需克服的另一障礙。目前LED 光源的價格每流明高于0.1 美元， 是白熾燈價格的 100 多倍。 美國 Lumileds 公司提出， 在未來的幾年內(nèi)爭取降至0.01-0.02美元/lm,即約折合人民幣0.1元/lm, 1支相當60W白熾燈的LED光源仍需支付60元人民幣，計入性能價格比，雖然會被特殊應用所接受，但LED 作為普通光源進入家庭，這樣的價格還是一大障礙。功率 LED 制作技術(shù)功率 LED 是實現(xiàn)白光照明取代傳統(tǒng)照明光源的關(guān)鍵器件，其基本的關(guān)鍵技術(shù)包括：? 提高外延片內(nèi)量子效率優(yōu)化外延片結(jié)構(gòu)，改進外延生長工藝條件，使藍光、紫光、

35、紫外光外延片的內(nèi)量子效率能夠接近理論值95% 。? 提高大尺寸芯片的外量子效率為了獲得較大光能量需要采用大尺寸的功率型芯片，通過設計新型芯片結(jié)構(gòu)和采用新工藝（如芯片倒裝結(jié)構(gòu)、 ITO 電極、表面粗化工藝、表面紋理結(jié)構(gòu)、晶片鍵合工藝等） ，使藍光、紫光、紫外光芯片的外量子效率達到 50% 以上。? 提高封裝的取光效率優(yōu)化和改進封裝的光學、 熱學和可靠性設計和工藝 （如反射杯、 透鏡、 散熱通路、 共晶焊接、柔性膠灌封等） ，使封裝的取光效率能夠與芯片的外量子效率接近。熒光粉的制作和涂敷技術(shù)? 高性能熒光粉的制造技術(shù)熒光粉是 LED 實現(xiàn)白光照明的關(guān)鍵材料，需要盡快研制出效率高、顯色性好、性能穩(wěn)定

36、的熒光粉。藍光激發(fā)的黃色熒光粉目前雖能滿足白光LED 產(chǎn)品的要求，但還需提高效率、降低粒度，制備出球形的熒光粉；在“藍光+綠色熒光粉+紅色熒光粉”的結(jié)構(gòu)中，紅色熒光粉的效率需要有較大的提高；在“紫外和紫外LED+ 三基色熒光粉”的結(jié)構(gòu)中，三種熒光粉都需要有較大的提高， 其中紅色熒光粉目前效率最低， 還有待于找到一種效率足夠高的材料。? 熒光粉的涂敷工藝技術(shù)熒光粉的涂敷工藝通常是將熒光粉用膠按一定比例調(diào)和成熒光膠，再用點膠機將其涂到LED 芯片上，通過優(yōu)化工藝參數(shù)如熒光粉與膠的配比、熒光粉激發(fā)波長與LED 芯片峰值波長的匹配、熒光膠的流動性及涂敷厚度等，使白光LED 的色溫、顯色指數(shù)、流明效率等

37、參數(shù)受控，作出符合應用要求和一致性好的白光LED 產(chǎn)品。55 白光LED 的光譜與單色光（紅、黃、藍、紫等）的光譜有些什么區(qū)別？單色光的光譜為單一波峰，特性是以峰值波長 （或主波長）及光譜半寬度來表示的，而白光LED 的光譜由多種（紅、綠、藍）單色光譜合成，其光譜曲線顯現(xiàn)出多個不同幅度的波峰，其特性是以色度圖中色坐標的色溫來表示，這就是二者的區(qū)別，如圖55-1 和圖 55-2 所示。56為什么用太陽能電池與白光LED 組合的照明系統(tǒng)被稱為“真正的綠色照明”系統(tǒng)？所謂“綠色照明系統(tǒng)”就是使用高效率、 長壽命、 高可靠無害物質(zhì)污染環(huán)境的照明光源和再生能源的照明系統(tǒng)。因為：白光 LED 具有體積小、

38、重量輕、工作電壓低、長壽命、高可靠等優(yōu)點，而且它將比普通光源效率更高、更省電，并且它不含有汞、鉛等對環(huán)境有害物質(zhì)。太陽能是最典型的“綠色”能源之一，它是人類取之不盡、用之不竭的清潔能源。根據(jù)半導體光生伏特效應制成的太陽能電池即光生伏特電池，由這種太陽能電池組件與儲能裝置、控制裝置配套構(gòu)成太陽能供電系統(tǒng)。 它具有不消耗常規(guī)能源、 壽命長、 維護簡單、 使用方便、無污染等優(yōu)點。 白天陽光照射到太陽能電池板組件上產(chǎn)生電流， 經(jīng)由充電控制器流入蓄電池，夜間充電器自動切斷充電，接通蓄電池提供電能給白光LED 使其發(fā)光實現(xiàn)照明。因此用太陽能電池與白光LED 組合的照明系統(tǒng)屬于“真正的綠色照明”系統(tǒng)。57何

39、謂LED 的伏安特性？ LED 的電功率是如何計算的？LED 是一個由半導體無機材料構(gòu)成的單極性PN 結(jié)二極管， 它是半導體 PN 結(jié)二極管中的一種，因此其電壓-電流之間的相互作用關(guān)系，一般稱為伏特（電壓 V）和安培（電流A）特性（簡稱 V-I 特性）與普通二極管類同，它們均遵循PN 結(jié)整流方程，即有下式近似表示的關(guān)系：IF=IF （0） eqVF/KT（57-1）式中： IF （0）為反向飽和電流（又稱起始電流）q 為電子電荷量K 為玻爾茲曼常數(shù)T 為絕對溫度（ 57-1 ）式可看出， IF 與 VF 呈指數(shù)關(guān)系，這是LED 的正向 V-I 關(guān)系，即施加在LED PN 結(jié)上的電壓是正向電壓即

40、 N 型端加負電壓， P 型端加正電壓。當在 LED PN 結(jié)上施加反向電壓 VB 時，在 VB 較低時，流過LED PN 結(jié)的電流很微弱，幾乎為零，這時流過PN 的電流 IF （ 0）稱為反向飽和電流。但當 VB 增加到一定值時，流過LED PN結(jié)的電流會急劇增加，產(chǎn)生所謂的齊納電流或雪崩電流，此時即使微小的VB將會導致 PN 結(jié)電流無限制增加直至燒毀LED 的 PN 結(jié)。 我們稱這個電壓為 LED 的擊穿電壓。圖57-1是LED電壓-電流即伏安特性的示意圖。在第一象限的曲線正向特性區(qū)，在第出象限的曲線為反向特性區(qū)。 在 LED 的正向特性區(qū)， V-I 曲線的斜率稱為LED 的跨導， 即式

41、（ 57-1 ）對 VF 的求導：59什么是LED 的內(nèi)量子效率？不同的發(fā)光波長，假定內(nèi)量子效率達100% ，其電-光效率有何不同？從理論上講，當我們在LED 的 PN 結(jié)上施加正向電壓時， PN 結(jié)會有電流流過。如前所述，電子和空穴在PN 結(jié)過渡層中復合會產(chǎn)生光子，然而并不是每一對電子- 空穴對復合的載流子都會產(chǎn)生光子，由于LED 的 PN 結(jié)作為雜質(zhì)半導體，存在著因材料品質(zhì)缺陷，位錯等因素，以及工藝上的種種缺陷，會產(chǎn)生雜質(zhì)電離、本征激發(fā)散射和晶格散射等問題， 使電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會與晶格電子或離子交換能量而產(chǎn)生無輻射躍遷，也就是不產(chǎn)生光子，這部分能量不轉(zhuǎn)換成光能而轉(zhuǎn)換成熱能損耗在PN

42、 結(jié)內(nèi)， 于是就有一個復合載流子轉(zhuǎn)換成光子的轉(zhuǎn)換效率問題存在。可以用（59-1）表示這一轉(zhuǎn)換效率，并用符號y int表示。y int=（復合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)/復合載流子總數(shù)）x 100%（59-1）當我們無法支計數(shù)式（ 59-1 ） 中的復合載流子總數(shù)和產(chǎn)生的光子總數(shù)。 一般是通過測量LED輸出的光功率來評價這一效率，這個效率y int就稱為內(nèi)量子效率。當然，提高內(nèi)量子效率要從LED 的制造材料， PN 結(jié)外延生長工藝以及LED 發(fā)光層的出光方式上加以研究才可能提高LED的rjnt。這方面經(jīng)過科技界的不懈努力，已有顯著提高，從早期的百分之幾已提高到百分之幾十，有了很長足的進步，雖然如此，我們

43、還有提高rint的較大空間。假設LED PN 結(jié)中每個復合載流子都能產(chǎn)生一個光子，是不是可以說， LED的電 -光轉(zhuǎn)換效率就達到100% ？回答是否定的。從半導體理論可以知道，對于不同的材料和外延生長工藝的不同，所制成的 LED 的發(fā)光波長是不同的。 假定， 這些不同發(fā)光波長的 LED 其內(nèi)量子效率均達到 100% ， 但由于一個電子從N層運動到PN結(jié)有源層和一個空穴從P型層運動到PN結(jié)有源層，產(chǎn)生復合載流子所需的能量E與不同波長的LED的能帶位置相關(guān)而不都一樣。而不同波長的光子的能量E （入）也是不同的，電能到光能的變換有必然的損耗，我們下面舉例加以說明：例如一個入D=630nm的GalnA

44、IP四元橙色LED,其正常偏置約為 VF0 2.2V,于是意味著 它的一個電子與一個空穴復合成一個載流子所需的電熱能ER=2.2ev,而一個入D=630nm的光子的勢能為E （入）=bc/入D0 1240/6300 1.97ev,于是電能到光能的轉(zhuǎn)換效率W（e-L）R=1.97/2.2 X 100%0 39.55%,即有0.23ev的能量損失。（文中ev為電子伏特）如果對一個 GaN 的藍光 470nm 的 LED，則 VF03.4V,于是 EB03.4ev,而 EB（入）01240/470 02.64ev,于是科=2.64/3.4 X 100% 77.64%,這是在假定 科int=100%時

45、若LED的電一光轉(zhuǎn) 換的效率 科int=60% ,則對與紅色 LED科（e-L） R=89.55% X 60%=53.73% ,而對于藍色 LED 則有科（e-L） 3 =77.64% X 60%=46.58%?？梢姷侥壳盀橹?LED的光一電轉(zhuǎn)換效率不是很高 的一個原因所在。60、 LED PN 結(jié)有源層發(fā)出的的子能否100%逸出到空氣中？上面已經(jīng)了解到 LED PN 結(jié)有源層的的的轉(zhuǎn)換效率不是很高， 有相當一部分的能沒有轉(zhuǎn)換成的源，而是轉(zhuǎn)換成熱能損耗在PN 結(jié)內(nèi)，成為 PN 結(jié)的發(fā)熱源。人們正在通過材料、工藝等機理上的努力去提高這一效率，但是即使我們在LED 加上例如 1W 的的功率，它能將

46、這個電功率全部變成1W 光功率， 那么我們要問： 這些光子能否全部逸出到空氣中被人們 “看見”？回答也是否定的。于是就有一個LED 光子逸出率的問題存在?？梢杂? 60-1 )式來表示 LED 中產(chǎn)生的光子逸出到空氣中的比率。ont=(逸出到空氣中的光子數(shù)/PN結(jié)產(chǎn)生的光子總數(shù))X 100%(60-1)我們可以稱( 60-1 )為 LED 的外量子效率。為方便說明，我們假定LED 的材料為 GaAs ，其材料的折射系數(shù)為 n1=3.9 與芯片接觸的界面是空氣，它的光折射系數(shù) n0=1 ，由光的傳播 理論中的光線折射定律可以知道， 二種不同材料的界面在折射系數(shù)不相同時， 其垂直于界面 的光的反射

47、指數(shù)可用式(60-2 )來表示：R(L)=(n1 - n0 )/ (n1 + n0 )2 x 100%(60-2)對于 GaAs 與空氣則有： R(L尸(3.9 - 1 )/ (3.9 + 1 )2100%=35.02%這就是說，有35.02%的光子將被反射回GaAs 材料中即反射回芯片內(nèi)不能逸出到空氣中，僅有64.98%有可能逸出到空氣中。然而，LED 的發(fā)光若是一個點光源時，其邊界全發(fā)射臨界角0 C與界面二種材料的折射系數(shù)有關(guān)，并由(60-3)式確定：0 C=arcSin(n0/n1)(60-3)對于 GaAs 和空氣：0 C= arcSin(1/3.9)=14.90 邊界全發(fā)射臨界角為

48、29.8， 超過這個角度不能發(fā)射到空氣中， 顯然這對一個球面而言， 這 個角度僅8.27% 的區(qū)域能全發(fā)射，顯然外量子效率是極低的。當然對 LED 芯片來說，它是一個六面體，并非點光源，在不計電極擋光時，這個六面體的 六個面均可有一個全發(fā)射臨界角， 共可有 49.6% 的出光區(qū)域。 事實上， LED 由于要引出電極， 固定在引線框架上等原因，還做不到六個面出光，也就是達不到49.6% 的全發(fā)射區(qū)域。LED外量子效率一般僅在20%左右，它還有很大的提升空間，就是要從LED 芯片結(jié)構(gòu)，封裝結(jié)構(gòu)，材料折射系數(shù)等綜合多方面因素加以解決，來提高效率。 62、能否簡述一下提高LED 芯片電一光轉(zhuǎn)換效率的意

49、義何在？通過上述幾個問題的回答，我們已基本上了解目前LED 芯片的電一光轉(zhuǎn)換效率不是很高，也就是說其內(nèi)量子效率和外量子效率都有很大的提高空間，需要LED 科技、產(chǎn)業(yè)界去努力改進。 內(nèi)量子效率的改進，從改進半導體材料的雜質(zhì)、位錯和缺陷著手，另外從PN 結(jié)生長工藝上加以改善， 在芯片結(jié)構(gòu)和形狀設計上也有提高的余地， 要做較多的工作， 并要充分開拓新材 料、新工藝以取得效率提高上的突破。 在芯片電極設計和電極引出上采用新的構(gòu)思和工藝方法，在這方面近年已有較大提高與突 破。另外，在材料、光學設計方面均要加以改進，總之要做的工作很多，電一光轉(zhuǎn)換效率達 到一定值 LED 可以成為傳統(tǒng)光源的取代者。LED

50、電一光轉(zhuǎn)換效率不高引起的另一個問題在于PN 結(jié)內(nèi)部電能損耗為熱能，引起LED 芯片發(fā)熱， 過高的熱量會引起LED PN 結(jié)的退化， 具體表現(xiàn)為光電參數(shù)的變劣， 因此提高 LED芯片的電一光轉(zhuǎn)換是從根本上解決LED 熱退化的關(guān)鍵所在， 也是 LED 能否真正取代傳統(tǒng)光源的技術(shù)關(guān)鍵所在。 63、衡量 LED 器件光電轉(zhuǎn)換優(yōu)劣的參數(shù)主要有哪些？ LED 作為電一光轉(zhuǎn)換的發(fā)光器件，衡量其性能優(yōu)劣的參數(shù)很多，有電學的、有光學的，還 有熱學方面的，但最基本的，可以用它的電一光轉(zhuǎn)換方面的參數(shù)來衡量。 對于普通用作指示燈的 LED 器件， 常用它在規(guī)定電流IF 下的發(fā)光強度一燭光 (燭光用符號cd 或 mcd

51、 )表示)來反映它的電一光轉(zhuǎn)換能力。LED 的發(fā)光強度是指其法向方向發(fā)出的光的強度，它與觀察的角度相關(guān)， 不同角度光強不同，這是必須弄清的。 光強這一參數(shù)對于用 做“看燈”的 LED 比較合適。對于將 LED 用作“照亮被照物” 的照明光源來說， 光有發(fā)光強度似乎不太適用于LED 在照明上的評估。但不論LED 作什么用途，評價它的電一光轉(zhuǎn)換優(yōu)劣，可以用二個參數(shù)，即發(fā)光效率和輻射光通量來評價。發(fā)光效率是指LED 在規(guī)定的電功率下 （也可以在規(guī)定的 IF 下） 它發(fā)射出的光的功率的大小。知道了 LED 發(fā)射的光功率和施加在 PN 結(jié)上的電功率，則他們兩者的比就是電一光轉(zhuǎn)換效率科 e-L 即：科 e

52、-L=Plight/ Pe x 100%.目前LED最好的e-L約在17%,即Plight 170mw ,顯然它的電光轉(zhuǎn)換效率不是很高。LED 輸出的光功率Plight 都可以客觀反映LED 的發(fā)光能力， 對于可見光或不可見光都一樣，然而不同波長的可見光， 盡管其發(fā)出一樣的光功率， 但人眼對其視覺效果卻都不一樣， 特別是照亮度被照物時的灰度感覺可以有較大差異， 不直觀。 為此人們又用另一參數(shù)輻射光通量（單位為流明）來評估，它用符號。表示。輻射光通量對于人的視覺效果相對比較一致，不同波長但相同的光通量對于人眼視覺感覺是相同的， 較適用于評價照明光源。 它的定義是：在一個所有方向上光強Iv=1cd

53、的電光源，其輻射的光通量為 4兀流明（流明符號為lm）,用公式表示為（ 63-1 ）式：（f）=Iv?da（63-1）式中da為單位輻射立體角由（63-1）式可知LED發(fā)光強度Iv= Mda,即LED的發(fā)光強度是單位立體角的光通量。利用（63-1）式可對。和Iv進行互換，條彳是要知道d Q。由于輻射光通量對于不同發(fā)光波長的 LED 發(fā)出的光對人眼的感覺相對上比較統(tǒng)一，因此被用作 LED 光電參數(shù)的衡量依據(jù)之一，它與發(fā)射角也無關(guān)。于是在規(guī)定的電功率下， LED 輻 射的光通量。與電功率Pe的比被定義作LED的流明效率，它由式（63-2）表示，單位為lm/w?？疲╡-（f） = （）/Pe）（63

54、-2）流明效率是又一個衡量LED 電一光轉(zhuǎn)換效率的參數(shù)，也是在照明領(lǐng)域來表示單位電功率下光輻射的強弱的常用參數(shù)之一。64、單個LED 的流明效率與用 LED 作光源構(gòu)成的燈具的流明效率有什么異同？單個 LED 的流明效率是在對這一個LED 時加上規(guī)定的正向偏置后，例如加上： IF=20mA正向電流后，對應的IF3.4V,此條件下測得的輻射光通量 （f）=1.2lm ,則這個LED的流明 效率為：科（e-。）=1.2lm x 1000/3.4V x 20mA=1200/68 17.6lm/W對于單個LED,其上所施加的電功率Pe=VFXIF ,在這功率下的輻射光通量折算為每瓦多少流明即可。圖 6

55、4-1但是作為一個燈具，不論作為光源的LED PN結(jié)上實際加上的功率VFXIF是多少，燈具的電功率是燈具輸入端口送入的電功率，它包括了電源部分 （如穩(wěn)壓源、 穩(wěn)流源、交流整流成直流電源部分等）所消耗的功率，如圖 64-1 所示。以一個MR-16 燈具為例，其工作電原為AC12V ，用一只 1W LED 作光源，其工作電流IF=300mA ，此時 VF=3.2V ，在 LED PN 結(jié)上的電功率為0.96W ， 單管的光通量為 17lm ， 但由于燈具內(nèi)部存在 AC/DC 變換以及恒流源驅(qū)動電路， 因此實際輸入電功率Pe 要大于 LED 上得到的電功率， 使總體的流明效率下降， 假定這個燈的輸入

56、功率為1.2W ，則燈具的流明效率應為：科（e-（f）（燈）=17lm/1.2W=14.17lm/W可見，燈具中驅(qū)動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED 的流明效率要下降。電路損耗越大，流明效率越低，因此尋找一種高效率的 LED 驅(qū)動電路就顯得極為重要。65、什么是人眼對光的視覺函數(shù)？與熱一光轉(zhuǎn)換的發(fā)光模式不同， LED 是電一光轉(zhuǎn)換，因此它發(fā)出的光其光色比較單純，也就是發(fā)出的光的光波波長比較單一，因此LED 發(fā)射的光為單色光，實驗研究發(fā)現(xiàn)，人的視覺系統(tǒng)一般說人眼對于不同波長的光色其視覺靈敏度是不同的。研究表明，人眼對入D=555nm（綠色）的光的視覺靈敏度有最大值，隨光的 入D的增大或減

57、小，人眼視覺靈敏度 會隨之下降。于是可以用人眼視覺函數(shù)光通量的歸一化關(guān)系，作出在同等光功率下，入D與。的關(guān)系曲線，作出如圖 65-1所示的人眼視覺函數(shù)與光波長的關(guān)系的曲線就是所謂的人眼 視覺函數(shù)關(guān)系曲線。圖 65-1由試驗得到，在同一光功率輸出時，即在可見光范圍內(nèi)，當入D=555nm光源的光功率達PL=1W 時（注意不是電功率），其輻射光通量為 6831m ,當入D=460nm光源的光功率 PL=1W 時，藍光的輻射光通量為411m,而入D=660nm,光功率PL=1W 時，紅光的光通量為 421m,當入D700nm時，1W光功率的對應輻射光通量僅不倒11m,也就是進入不可見的柴外或紅外范圍，

58、 這就是說在不同波長的發(fā)光光源的發(fā)射光功率相同時， 人眼感覺到 光的輻射的“強度”是不同的，也就是有敏感與不敏感的區(qū)分，但如果輻射光通量相同，人 眼的感覺就會覺得相同，因此對照明光源而言用光通量?；蛄髅餍蕘砗饬?LED電一光特性比用光輸出功率或其他參數(shù)要直觀和實用。這就是對于用于照明的大功率LED ，通常用輻射光通量這一參數(shù)或流明效率來表征它的優(yōu)劣。 66、人眼對光的視覺函數(shù)這一特點對我們了解LED 有什么作用？從上面知道， 人眼視覺函數(shù)實際上是人對不同顏色的光的照明感覺的差異， 它的作用在于對 于 LED 而言， 我們可以知道某一波長光色的 LED 其極限流明效率是多少， 從而不會因此產(chǎn)

59、生對 LED 的光電參數(shù)作“無限止”要求。 例如，對于入D=460nm藍光LED,即使其光電轉(zhuǎn)換效率達到100%,也就是說，施加在LEDPN 結(jié)上的 1W 電功率，即使能產(chǎn)生1W 的光功率，此時從視覺函數(shù)曲線上可查到其輻射光通量也只有411m ，其流明效率公411m/W ，這是 460nm 蘭光 LED 的理論極限流效率，不可再比這個數(shù)值高。利用這一特點就能提供一個評估LED 電光轉(zhuǎn)換效率的參考依據(jù)，同樣對一個入D=620nm的紅光LED其極限流明效率可高達1401m/W。其次，利用人眼視覺函數(shù)曲線，我們在知道了一個LED 的輸出光功率后，可以換算出它對應條件下的輻射光通量。 例如一個 460

60、nm 的藍光 LED ， 當其施加 1W 電功率時， 能輸出 80mW 的光功率，那么通過下式可約略求出它的光通量和流明效率：（）=411m x 80mW/1000mW 弋 3.281m 歸納起來，利用人眼視覺函數(shù)曲線，可以估計出特定波長的 LED 器件的極限光通量，利用 曲線還可對LED 器件在特定工作條件（ VF 和 IF 已知）下它輸出的光功率與輻射光通量進行換算，因此這是十分有用的一種關(guān)系曲線。 67、 為什么一個藍光LED 在涂上特殊的熒光粉構(gòu)成白光LED 后， 其輻射光通量會比藍光的高出幾倍基至十幾倍？從前面我們已經(jīng)知道白光LED 是用什么方法制造出來的，其中一種方法是在發(fā)藍色光的