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近代全球面临经济发展对能源之需求,且20世纪末到现在的21世纪,环保节能意识抬头,就目前而言,日光灯依然是照明市场上的主流,但日光灯中含有重金属汞,对环境造成的影响不容忽视,因此,具有环保省电等优点的白光LED,将成为下个照明市场的主流。白光LED已被公认为21世纪具有最潜力的照明光源,现今白光LED的发光效率已超过40lm/W,在学术方面已达到100lm/W,已经超过发光效率80lm/w的荧光灯。LED依然在蓬勃发展中不断地研发进步,相信再过些时日,当发光效率100lm/W的白光发光二极管可大量商品化时,就可以全面性取代目前市场上的白炽灯和荧光灯,成为市场上另一波照明光源的主流。
从节能角度上看。LED的研究主要是提高内量子效率和提升光萃取率。内量子效率主要由芯片结构决定,同时工作电流、工作温度也对内量子效率有影响。光萃取率主要是由LED封装使得光学设计决定。
在内量子效率上,对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过高的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度和饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。
在光萃取率上,我们用TracePro进行光学设计,以达到高光萃取率和满意的光形。在发光二极管光学设计仿真部份,模拟路灯情况。使用TracePro光学仿真软件,模拟出不同的透镜,最后得到发散全角大于90度,90度角内光强基本相等,折射率损失小于20%的6个透镜;在把6个透镜分别用在高9m,照明范围18m*20m的街道,进行照度比较,得到光强均匀度最高的透镜设计。