对于LED，0级封装的晶片互连已在第4章进行了讨论。本章将主要介绍1级封装，即用1个或几个LED芯片制作出一个独立的器件。在5.3节中将讨论与热管理相关的问题。实际上，尽管LED的光输出效率显著高于白炽灯或荧光灯，但LED输入电功率的80%仍以热的形式消耗。......
2023-06-15
光学特性及封装对LED色品质的影响
【摘要】：第6章和第7章将详细讨论颜色等各种光学特性，本节仅介绍与封装有关的特性。制造商会给出额定电流且热沉温度保持25℃条件下的可视光发射光谱。CCT约为6000K相当于太阳发射光谱，因为其中蓝光较红光和绿光占主导地位，所以被称为冷光。在5.2节已经指出，不同的封装工艺使磷光体材料沉积的保形程度或高或低。所以磷光体材料的精确控制和设计有助于控制光发射比色品质的均匀性，这一点仍是LED封装的弱点。
第6章和第7章将详细讨论颜色等各种光学特性，本节仅介绍与封装有关的特性。
LED的一个特性是它的光输出通量（单位为lm），相当于频谱介于380～780nm之间的人眼能感知到的总发射光功率（单位为W）。各制造商在提高单片封装LED最高光通量方面的竞争异常激烈。目前，额定电流下单芯片LED在最大电流驱动时的典型光通量为100～200lm、甚至250lm。一般来说，制造商还会给出光通量与结温的关系（因为光通量与散热有关）和光通量与偏置电流的关系曲线（假定热沉温度为25℃）。后者最为重要，因为独立于25℃的母板支撑单独考虑了载体的热阻。就效率而言，LED的总电光转换效率（lm/W）对应着驱动电功率的光通量输出，其大小与散热、从而也与偏置电流的关系十分密切。目前，驱动电流为350mA时，制造商报告的单芯片实验室级最佳效率约为150lm/W[LED 08]。比较不同LED的效率似乎很困难，因为除了与热相关的因素，总效率还与驱动电流和芯片表面面积有关。有意义的比较不应以给定的驱动电流作为条件，而应该看等效电流密度（即总电流与芯片表面面积之比）。
制造商会给出额定电流且热沉温度保持25℃条件下的可视光发射光谱。此光谱与一次发射峰值和磷光体转换材料有关系。对于白光LED，通常用两个取值来描述其特性，即相关色温（CCT）和显色指数（CRI）（见第7章）。简而言之，CCT表示光源为直视方向时的彩色平衡，CRI是指参考色板的颜色被光源照亮时色板的显色性。CCT约为6000K相当于太阳发射光谱，因为其中蓝光较红光和绿光占主导地位，所以被称为冷光。3000K的色温更为平衡，因为它提供了一种令人愉悦的发光环境。如果给定了CCT，则不一定给出CRI，因为LED系统的CRI与白炽灯或荧光灯泡相比并无优势。
在5.2节已经指出，不同的封装工艺使磷光体材料沉积的保形程度或高或低。保形磷光体沉积，即整个芯片表面面积上的厚度相同，使垂直于LED表面的发射路径短于偏轴发射路径。并使LED轴向相关色温冷于偏轴方向所观察到的相关色温。在相反的情况中，例如磷光体厚度不均形成圆顶形，则磷光体对垂直于发射表面的光束发射频谱的二次贡献强于对偏轴发射的贡献，使轴向光束比偏轴光束更暖。最后，当磷光体沉积不均且在芯片边缘很薄时，可观察到最后一个效应，即由上述原因使人们在特定角度观察到蓝主色光，这种现象叫做“蓝环”效应。所以磷光体材料的精确控制和设计有助于控制光发射比色品质的均匀性，这一点仍是LED封装的弱点。
最后，通常会给出LED光通量的空间辐射方向，即发光强度分布与观察角度的关系。一般以极坐标下的r（θ）表示，其中r为百分数形式的最大光通量，θ为观测角。最标准的空间辐射方向为朗伯（Lambertian）方向，此时视觉与观测平面扩展光源的角度无关。空间发射方向可由每个LED上特定形状的透镜进行调整。
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2023-06-15
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