白光二極管的原理及發(fā)光性能

1、白光二極管的原理白光二極管的原理和和發(fā)光發(fā)光性能性能u發(fā)光二極管u白光LED的原理u白光LED的性能及其應(yīng)用發(fā)光二極管發(fā)光二極管環(huán)保環(huán)保 LEDLED優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)高亮度、低熱量高亮度、低熱量 使用壽命長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng) 耗電量低耗電量低 體積小體積小 堅(jiān)固耐用堅(jiān)固耐用 半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PNP-N結(jié)結(jié)光輸出光輸出 發(fā)光二極管發(fā)光二極管（light emitting diode，LED），是利用正向偏置），是利用正向偏置PN結(jié)中結(jié)中電子與空穴的復(fù)合輻射發(fā)光的，是電子與空穴的復(fù)合輻射發(fā)光的，是自發(fā)輻射發(fā)光自發(fā)輻射發(fā)光。光的顏色視做成光的顏色視做成PN結(jié)的材料和發(fā)結(jié)的材料

2、和發(fā)光的波長(zhǎng)而定，而波長(zhǎng)與材料濃光的波長(zhǎng)而定，而波長(zhǎng)與材料濃度有關(guān)。如采用磷砷化鎵可以發(fā)度有關(guān)。如采用磷砷化鎵可以發(fā)出紅光或黃光；采用磷化鎵出紅光或黃光；采用磷化鎵 則發(fā)則發(fā)出綠光出綠光發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理材料材料禁帶寬度禁帶寬度(eV)發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)光顏色發(fā)光顏色GaAs1.35940 接近接近紅外線紅外線GaP2.26700 紅紅565 綠綠555 純綠純綠GaAs1-xPx/GaAs590660 紅紅GaAs1-xPx/ GaP630 紅紅610橙橙590黃黃Ga1-xAlxAs1.422.26660 紅紅GaN3.39400藍(lán)藍(lán)、紫、紫LED材料比較材料比較白光

3、白光LED1998年年GaN系藍(lán)光系藍(lán)光LED被開(kāi)發(fā)出來(lái)，白光被開(kāi)發(fā)出來(lái)，白光LED才成為實(shí)際可行的產(chǎn)才成為實(shí)際可行的產(chǎn)品。品。所謂白光是多種顏色混合而成的光，如二波長(zhǎng)光所謂白光是多種顏色混合而成的光，如二波長(zhǎng)光(藍(lán)色光藍(lán)色光+黃色光黃色光)或三波長(zhǎng)光或三波長(zhǎng)光(藍(lán)色光藍(lán)色光+綠色光綠色光+紅色光紅色光)白光白光LED開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)在于藍(lán)光技術(shù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)在于藍(lán)光技術(shù)白光白光LED概況概況芯片數(shù)芯片數(shù) 激發(fā)源激發(fā)源 發(fā)光材料發(fā)光材料 發(fā)光原理發(fā)光原理 1 1 藍(lán)色藍(lán)色 LED LED InGaNInGaN/YAG /YAG InGaNInGaN的藍(lán)光與的藍(lán)光與YAGYAG的黃光混合的黃光混合成白光成白光

4、 藍(lán)色藍(lán)色 LED LED InGaNInGaN/ /熒光粉熒光粉 InGaNInGaN的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光色熒光粉發(fā)白光 藍(lán)色藍(lán)色 LED LED ZnSeZnSe 由薄膜層發(fā)出的藍(lán)光和在基板由薄膜層發(fā)出的藍(lán)光和在基板上激發(fā)出的黃光混色成白光上激發(fā)出的黃光混色成白光 紫外紫外 LED LED InGaNInGaN/ /熒光粉熒光粉 InGaNInGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光色熒光粉發(fā)白光 2 2 藍(lán)色藍(lán)色 LED LED InGaNInGaN、GaPGaP 將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種芯片封將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種芯片封裝在一起，

5、構(gòu)成白色裝在一起，構(gòu)成白色LED LED 黃綠黃綠 LED LED 3 3 藍(lán)色藍(lán)色 LED LED InGaNInGaN AlInGaPAlInGaP 將發(fā)三原色的三種小片封裝在將發(fā)三原色的三種小片封裝在一起，構(gòu)成白色一起，構(gòu)成白色LED LED 綠色綠色 LED LED 紅色紅色 LED LED 多個(gè)多個(gè) 多種光色的多種光色的 LED LED InGaNInGaN、GaPGaP 將遍布可見(jiàn)光區(qū)的多種光芯片將遍布可見(jiàn)光區(qū)的多種光芯片封裝在一起，構(gòu)成白色封裝在一起，構(gòu)成白色LED LED AlInGaPAlInGaP 白白光光LED的種類(lèi)和原理的種類(lèi)和原理 第一為利用熒光粉將藍(lán)光LED或紫外U

6、V-LED所產(chǎn)生的藍(lán)光或紫外光分別轉(zhuǎn)換為雙波長(zhǎng)(Dichromatic) 或三波長(zhǎng)(Trichromatic)白光，此項(xiàng)元件技術(shù)稱(chēng)之為熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED(Phosphor Converted-LED)；第二類(lèi)則為多芯片型白光LED，經(jīng)由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光，目前市場(chǎng)上白光LED商品以藍(lán)光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍， 圖圖(a)所示發(fā)光均勻性不佳，所以改變方式如圖所示發(fā)光均勻性不佳，所以改變方式如圖(b)所示，將熒光粉均勻地涂在所示，將熒光粉均勻地涂在LED表面上表面上色溫：色溫：correlated colour temperature。 指指當(dāng)一標(biāo)準(zhǔn)黑體被

7、加熱時(shí)，隨著溫度的升高，其顏色由深紅至淺紅至橙黃至白當(dāng)一標(biāo)準(zhǔn)黑體被加熱時(shí)，隨著溫度的升高，其顏色由深紅至淺紅至橙黃至白至藍(lán)白至藍(lán)色的變化，利用黑體的這一特征，當(dāng)待測(cè)光源與黑體在某一溫度下的光至藍(lán)白至藍(lán)色的變化，利用黑體的這一特征，當(dāng)待測(cè)光源與黑體在某一溫度下的光色相同時(shí)，該黑體的溫度即為待測(cè)光源的色溫色相同時(shí)，該黑體的溫度即為待測(cè)光源的色溫。色色溫高光色偏冷，色溫低光色偏暖。溫高光色偏冷，色溫低光色偏暖?，F(xiàn)在，對(duì)于現(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色白色LED，通過(guò)改變，通過(guò)改變 YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫可以獲得色溫3500-1

8、0000K 的各色白光。的各色白光。白白光光LED的的發(fā)光性能發(fā)光性能 各種白色光源特性比較各種白色光源特性比較全光束全光束（lmlm）發(fā)光效率發(fā)光效率（lm/Wlm/W）顯色性顯色性（CRICRI）成本成本（元（元）壽命壽命（HoursHours）白熾燈泡白熾燈泡(100W)(100W)1,7501,75017171001002 2750750熒光燈熒光燈(40W)(40W)3,2003,20080807373151520,00020,000節(jié)能燈節(jié)能燈( (1 10 0 W)W)6 6000060606969505010,00010,000鹵素?zé)襞蓰u素?zé)襞?100W)(100W)2,500

9、2,500232310010080802,0002,000白光白光1,2001,200808085853 30 010,000 10,000 100,000100,000人眼最不能接受的是藍(lán)人眼最不能接受的是藍(lán)光和光和UV光，藍(lán)光殺傷人眼光，藍(lán)光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力是綠光的活性細(xì)胞的能力是綠光的10倍，而倍，而UV光殺傷人眼活光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力又是藍(lán)光的性細(xì)胞的能力又是藍(lán)光的10倍，長(zhǎng)期接觸大量低波倍，長(zhǎng)期接觸大量低波長(zhǎng)的藍(lán)光能大量殺傷人眼長(zhǎng)的藍(lán)光能大量殺傷人眼活性細(xì)胞。即使到時(shí)多吃活性細(xì)胞。即使到時(shí)多吃有利眼睛的食品也會(huì)無(wú)作有利眼睛的食品也會(huì)無(wú)作用。用。白光白光LED光譜對(duì)人眼的影響

10、光譜對(duì)人眼的影響LED白光形成主要是靠藍(lán)光的白光形成主要是靠藍(lán)光的450-455nm波波長(zhǎng)激發(fā)熒長(zhǎng)激發(fā)熒光粉，其中波長(zhǎng)光粉，其中波長(zhǎng)越越小激發(fā)能小激發(fā)能力越力越強(qiáng)。強(qiáng)。LED中藍(lán)光產(chǎn)生的機(jī)制主要是藍(lán)光芯片發(fā)中藍(lán)光產(chǎn)生的機(jī)制主要是藍(lán)光芯片發(fā)出主出主要集中在要集中在450-455nm的藍(lán)的藍(lán)光，光，而熒光燈的藍(lán)光波長(zhǎng)是很廣的，從而熒光燈的藍(lán)光波長(zhǎng)是很廣的，從435-500nm；LED中采用黃色熒光粉（或紅色、綠色熒光粉），在制造中可能出現(xiàn)因熒中采用黃色熒光粉（或紅色、綠色熒光粉），在制造中可能出現(xiàn)因熒光粉衰減（或熒光粉量少，反射不夠）光粉衰減（或熒光粉量少，反射不夠）而使藍(lán)而使藍(lán)光與初光與初始狀態(tài)

11、不始狀態(tài)不一一樣導(dǎo)致大樣導(dǎo)致大量涌出，對(duì)人眼傷害大大增加量涌出，對(duì)人眼傷害大大增加；LED的藍(lán)光部分是靠芯片保證的，而其它光色是靠熒光粉保證的，其中芯的藍(lán)光部分是靠芯片保證的，而其它光色是靠熒光粉保證的，其中芯片的保證能力強(qiáng)，而熒光粉的保證能力弱，形成白光片的保證能力強(qiáng)，而熒光粉的保證能力弱，形成白光LED點(diǎn)燈越久藍(lán)光的比點(diǎn)燈越久藍(lán)光的比例越來(lái)越高。例越來(lái)越高。u固體冷光源，效率高，綠色環(huán)保固體冷光源，效率高，綠色環(huán)保u壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)（連續(xù)萬(wàn)小時(shí)（連續(xù)10年）年）u低電壓工作低電壓工作u是照明領(lǐng)域的又一次革命是照明領(lǐng)域的又一次革命白光白光LED的應(yīng)用的應(yīng)用局部范圍低照度照明方面局部范圍低照度