5.LED发光效率极限值

长期以来,半导体研究专家探索各种新技术以提高LED的内、外量子效率,2006年已有小功率白光LED发光效率达100lm/W的报导。为确定合理的LED发光效率期待值,需要从光度学、色度学的基础上计算LED发光效率极限值。

1979年10月,第十届国际计量大会(CGPM)定义了新坎德拉(cd)。坎德拉(cd)为发出单色辐射频率540.0154×1012Hz(波长555nm)的光源在给定方向上的发光强度,在该方向上的辐射强度为:

1cd=(1/683)W/sr(波长555nm);1cd=1lm/sr;1W=683lm(波长555nm)。

如果忽略供电损耗、内量子效率、外量子效率数值,可以计算出各种光源和LED的发光效率极限值。

人眼光谱光效率与理想等能白光的光谱功率分布不尽相同。由于人眼的光谱响应特性,理想等能白光经加权计算后,可以得到在可见光谱范围内的理想等能白光极限发光效率为182.45lm/W。

在照明领域中,一种新型光源的诞生,其寿命、光效是重要的质量指标,但它对各种颜色的显色特性是照明光环境的另一重要质量指标。低压钠灯的2条黄色光谱线的理论发光效率可达450lm/W,实际光效超过200lm/W。但由于它的显色特性差,最终被高压钠灯、金卤灯所替代。

考察LED这一新型光源,在牺牲一些显色性指数Ra的条件下与理想等能白光比较,白光LED的极限发光效率还会高一些,大约在200lm上下。对于一个实际应用于照明领域中的白光LED,发光效率的目标值设定在150~160lm/W是合理的。

除了照明应用的白光LED外,各种光谱的LED的发光效率也可根据数据进行估算。红(643nm)、绿(535nm)、蓝(460nm)的LED作为三基色,其极限发光效率值也可根据数据进行估算。

6.LED与传统光源的比较

LED与传统光源的比较有以下特点:

(1)LED体积小,有各种不同的外形尺寸,适用于不同应用场所。

(2)LED具有多种颜色,紫外、紫色、绿色、黄色、红色到红外,白光LED光谱。

(3)LED光学参数与温度有关;(4)LED光学参数与观察角度有关;(5)LED有各种不同的配光曲线,而且没有确定的光轴。

LED的上述特性,给LED光学特性的测量带来很多问题。

7.LED光学特性的测量

LED的光学特性检测应从下面几个特性来考虑:

(1)发光强度(cd)

光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。发光强度的单位为坎德拉,符号为cd,它表示光源在某单位球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1cd = 1lm/1sr(sr:立体角的球面度单位)。

LED的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时,则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光强度小,所以发光强度常用烛光(坎德拉,mcd)作单位。

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