大功率全方位反射镜发光二极管性能研究[2]

　　4.3. 电学性能测试

　　对ODR LED 与普通LED 进行I-V 特性测试，测 试条件为: 电流从0—1000 mA，间隔2mA，测试温度 为25℃，测试结果如图5，从图上可以看出，两种 LED 的整体电流电压特性很好，均未出现随着电流 增大电压出现饱和的情况，说明这批样品品质较 好. 当电流小于400 mA 时，ODR LED 与普通LED 的电流电压曲线基本重合; 当电流大于400 mA 时， ODR LED 的电压比普通LED 的电压较高，并且差 距越来越大，但始终在误差范围内. ODR LED 的串 联电阻为1. 160 Ω，比普通LED 的串联电阻1. 102 Ω 仅增加0. 058 Ω，两者基本相同.

　　式中Id 及Ir 分别是由扩散及复合所引起的饱和电流，Rs 为器件的串联电阻.

　　若忽略Rs 对工作电流的影响，( 1 ) 式可以简 化为

　　I = Idiff exp[αV] + Ire exp[βV]. ( 2)

　　从图5 可以看出，当电流处于0—1000 mA 时，I-V 特 性曲线呈现两种不同的区域.

　　当I < 400 mA，两种LED 的I-V 特性曲线基本 重合，并呈现指数曲线

　　I = 2. 86 × 10 -3 exp[( 0. 00038V) ]. ( 3)

　　当I > 400 mA，两种LED 的曲线有所分离，

　　ODR LED: I = ( 2. 83139 + 0. 00132V) × 10 -3 ，( 4)

　　普通LED: I = ( 2. 82993 + 0. 00126V) × 10 -3 . ( 5)

　　由两种LED 曲线的解析( 4) ，( 5) 式也可以看 出两种LED 的电压差差距较小，说明ODR LED 处 理对LED 器件电压基本无影响.

　　4. 4. 光学性能测试

　　对两种LED 的光通量和光效随电流变化进行 测量，测量条件与I-V 特性测试相同. 结果如图6 所 示，从图中明显看出，两种LED 的光通量随着电流 升高而逐渐升高，光效均随着电流的升高而逐渐降 低; 而ODR LED 的光通量和光效要始终高于普通 LED，这从光通量和光效随电流变化的角度来证实 了ODR LED 的优势.

　　随着电流的逐渐升高，LED 中p，n 区空穴和电 子在大电流的驱动下增加了向多量子阱的扩散，使 得复合发光逐渐增加，从而增加了光通量，所以两 种类型的LED 的光通量均会随着电流的升高而增 加. 由于ODR LED 特有的反射作用使得ODR LED 的光通量高于普通LED，并且随着电流的增加其增 加的幅度也会高于普通LED. 在光效问题上，在电 流逐渐升高时，由于大功率LED 的电流驱动较高， 使得芯片内部热效应剧烈，增加了芯片内部非辐射 性复合，相对降低芯片的外量子效率，使得芯片光 效呈现衰减趋势，导致芯片性能恶化. 但是ODR LED 的光效始终高于普通LED，说明ODR LED 在 光衰抗老化中有着显著优势.

　　4. 5. 色参数性能测试

　　在LED 的色学参数测试中，实验主要测试了峰 值波长、半峰宽、色温随电流的变化而变化，测试电 流与前面I-V 特性曲线测试中相同，图7 显示峰值 波长及半峰宽随电流变化的关系，图8 显示色温随 电流变化的关系.

　　从图7 中可以看出，随着电流的增加，峰值波长 逐渐发生蓝移，并且ODR LED 的蓝移量为10. 5 nm 要高于普通LED 的蓝移量8. 5 nm，这说明ODR LED 在波长方面的光衰不如普通LED 好. 由于GaN 基材料固有的极化效应，致使多量子阱能带倾斜， 产生量子限制斯塔克效应( QCSE) . 随注入电流的 增加，多量子阱区的自由载流子增加，由电子和空 穴的空间局域性产生的电场可以在一定程度上屏 蔽了极化电场，减弱了量子限制斯塔克效应，且超 过了热效应引起的红移，使量子阱的有效禁带宽度 变大，峰值波向短波移动，发生蓝移; 对于两种LED 半峰宽的增加，可能是由于存在量子限制斯塔克效 应，使载流子寿命的降低和光谱的展宽.

　　LED 的色温是把标准黑体加热温度升高到一 定程度时该黑体颜色开始深红—浅红—橙黄— 白—蓝逐渐变化，当某光源与黑体颜色相同时，把 黑体当时的绝对温度称为该光源的色温. 从图8 中 可以看出，随着电流的增加，两种LED 的色温均呈 现增加的趋势，这是由于电流加大后，两种LED 的 蓝光发射强度均增加，而荧光粉的厚度是一定的，则在出射的白光中蓝光成份增多，色温增加[9]. 普 通LED 的色温偏高，从开始的6632 K 增加至8251 K，色温始终处于高色温段，且色温变化较大; ODR LED 的色温适中，从5308 K 升高至5619 K，色温始 终处于中色温段，且色温变化幅度要远小于普通 LED 灯，说明ODR LED 在色温方面有着绝对的优 势———稳定性高.

　　5. 结论

　　针对近年来LED 出光效率不高的问题，本文采 用简单工艺条件提高LED 的出光效率，并且实验测试结果也证实了这种工艺处理的简易性、可行性和优越性. 从整体上看ODR LED 在光学、电学、色参 数都要比普通LED 有一定的优势，尤其是色参数方面，将大功率LED 从高色温区降低至中色温区，利 于视觉的保护，并且随着电流的增加其色温仍在中 色温区内，极大的改善功率型LED 的色温缺陷，对 生产实际具有一定的指导作用. 感谢扬州华夏集成光电有限公司提供的实验样品和相 关工艺帮助，尤其是林岳明博士并对实际样品的实验提供相关的指导与建议.

　　编辑：Sophy