RGB白光LED器件的設(shè)計

1、RGE光LED器件的設(shè)計一、引言發(fā)光二極管（LED）是一種新型的固態(tài)光源，隨著技術(shù)的不斷進步，尤其是大功率LED的研發(fā)，使其不僅用于景觀照明、交通信號燈、電視背光源等，更是進入了普通照明領(lǐng)域。隨著LED芯片制造工藝的發(fā)展，LED芯片制造企業(yè)正在大幅度地提升產(chǎn)品的發(fā)光效率。伴隨著大功率發(fā)光二極管發(fā)光效率的不斷突破，已經(jīng)達到甚至超過普通照明光源的發(fā)光效率。白光LED以其特有的節(jié)能、環(huán)保、響應(yīng)快、長壽命、可靠性高等顯著優(yōu)勢迅速取代日光燈和白熾燈成為通用照明領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。除此之外，白光LED也被認為是彩色顯示器的理想背光源。但是，必須注意應(yīng)用產(chǎn)品對灰度、亮度等不同的要求。本文通過三基色混合得到白光的

2、原理、注意事項等方面進行討論，簡單構(gòu)思設(shè)計一白光LED器件。二、原理1、理論基礎(chǔ)RGB作為一組三原色，按照一定比例可以合成其他顏色?？珊铣傻念伾^多,包括色度圖舌形曲線內(nèi)的所有顏色，當(dāng)然包括白色。2、設(shè)計原理將LED的紅、綠、藍三種芯片組合在一起，通過電流讓它們發(fā)出紅、綠、藍三種基色光，然后混合成全彩色的可見光。這種方法得到的白光有良好的顯色性能、較寬的色溫范圍，所用的材料和LED芯片也能方便獲取。這種方法經(jīng)常在三個LED芯片中加入一個控制電流IC（集成電路）芯片。一方面可控制供給LED的各個芯片的恒定電流，防止因LED工作電流變化引起光的主波長偏移而變色，繼而使白光的色溫也發(fā)生變化。另一方面

3、，可以控制通過三個RGB-LE世片的電流大小，從而使三個芯片的發(fā)光強度相應(yīng)發(fā)生變化，實現(xiàn)三基色光混合比例隨之發(fā)生變化，這樣就可以產(chǎn)生多種變換的色彩。3、器件結(jié)構(gòu)白光LED陰極為功函數(shù)較低的MgAg合金，以10:1進行混合，同時相對丁Al器件有較長的壽命。TPBi作為空穴阻擋層，其厚度為20nm使用F1AMB-1T兼作載流子傳輸層和綠光發(fā)光層，控制上層厚度達到不同的發(fā)光效果。紅色熒光染料使用DCDIN(0.05nm);藍色熒光染料使用DPVBi(3nn)。三種染料均是采用非摻雜的薄層結(jié)構(gòu)?？昭▊鬏敳肆耸褂肗PB厚度為40nmi整體的結(jié)構(gòu)圖和有機物分子結(jié)構(gòu)(如圖1,圖2所示)。Mg：AgTPB20

4、nm)FUMVlB-lT(xnnn)DCDJC(D05nm)FLAMB-lT(5nm)OPVRi(3nmJNPS40nmiITOGlass圖1圖2通過改變FlAMB-1T的厚度，來測試不同的顯示效果。Devin?rodrFlAMBlTthKknns(ram)DmibjLKlightHAMB-1TgrrrrEightXDCDDCg時閔A328.G071.4BS35.7D64.3LE17.9484IB7r*s2054712.5EW068G11.4r15072.4276采用雙極性的熒光材料F1AMB-1T(它兼作載流子傳輸層和綠光發(fā)光層)、紅色熒光染料DCDDW藍色熒光染料DPVBi(三種染料均是采

5、用非摻雜的薄層結(jié)構(gòu)),制備了CIE色坐標(biāo)為(0.33,0.36)的白光質(zhì)量好的白光器件。二、注意事項對丁制作RG"基色合成的白光LER必須注意以下幾個問題：1. LED主波長的影響三種LED芯片發(fā)出的光的主波長一般是：紅光為615620mm綠光為530540mm藍光為460470nm要達到最佳光效，可在這三種光的主波長范圍內(nèi)經(jīng)過實驗選擇最佳的主波長配比。如果為了提高顯色指數(shù)，可采用藍光(460nm)、綠光(525nm)、黃光(580nm)、紅光(635nm)組合，這種光的主波長配比可得到最佳的顯色指數(shù)(達95以上),光效可達3540lm俄最低色溫可做到2700E為了兼顧出光效率和顯色

6、指數(shù)，三種LED芯片發(fā)出的光的主波長和發(fā)光強度需要進行優(yōu)化組合。圖3為不同主波長LED對顯色指數(shù)CRI的影響的示例。a-QMR(Mri)圖32. 發(fā)光強度比例對丁三種LED紅、綠、藍芯片的發(fā)光強度的比例，一般選擇為3（紅）:6（綠）：1（藍），但是要考慮到不同芯片光衰不一樣；而且當(dāng)點亮發(fā)熱后，三基色光的主波長漂移也不同。同時考慮這幾個因素，進行綜合的實驗來得到最好的效果，所以上述的只作為參考的比例，而不是固定的結(jié)論。3. 單色LED排列如果將三種LED芯片簡單地排列封裝在一起，那么這樣不能使三種LED的顏色光很好地混合成白光。圖4給出了RGEH色混合的示意圖，只有A區(qū)是三種顏色都有的區(qū)域，所以

7、只有A區(qū)才是白光，其他區(qū)域都不是白光。RG曠種芯片發(fā)出的光能量主要分布在以光源光軸為中心的一定角度之內(nèi)，因此不同位置上由不同芯片發(fā)出的光要傳播一定距離后，才可能發(fā)生交疊進而混色。然而即使在傳播一定距離后，仍然只有中心區(qū)域才出現(xiàn)白光，也就是說中心區(qū)域以外的區(qū)域仍然沒有混合，并且發(fā)散角度比較大的光線在經(jīng)過傳播后遠離中心，繼而造成發(fā)光效率降低。圖4因此，如何在較短傳播距離內(nèi)高效地混光，是封裝高質(zhì)量三基色白光LED的關(guān)鍵所在。只有通過特殊的封裝設(shè)計，才能解決這個問題。采用這種結(jié)構(gòu)后，三種光基本集中在一個區(qū)域進行混光，所以在制作三基色合成白光LED時，應(yīng)該在熱沉上和模粒上實現(xiàn)一些特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而使三

8、種基色光能在集中的區(qū)域混合產(chǎn)生有效的白光。4. 多芯片散熱問題多芯片集中封裝在一個器件中，熱量的散發(fā)會更加困難。因此要在制作RGB三基色光混合成白光時，要特別注意散熱的問題。這三種芯片問題特性不一樣，溫度變化會引起色溫偏差。四、器件設(shè)計1.LED的色坐標(biāo)設(shè)所要配出的白光色坐標(biāo)為W(xw,yw),使用的三原色R,G,B色坐標(biāo)分別為R(xr,yr),G(xg,yg),B(xb,yb),相應(yīng)的三刺激值分別為(Xw,Yw,Zw),(Xr,Yr,Zr),(Xg,Yg,Zg),(Xb,Yb,Zb),光通量分別為lw,lr,lg,lb根據(jù)格拉斯曼顏色混合定律及1931國際發(fā)光照明委員會(CIE)標(biāo)準(zhǔn)：(1)

9、Xw=Xr+Xg+XbYw=Yr+Yg+YbZw=Zr+Zg+Zb(2)xw=Xw/(Xw+Yw+Zw)yw=Yw/(Xw+Yw+Zw)zw=1-xw-yw1931CIE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,X,Z兩色只代表色度，沒有亮度，光度量只與三刺激值Y成比例，則三刺激值用亮度和色度表示為：(3)Xr=xr*lr/yr,Yr=lr,Zr=zr*lr/yrXg=xg*lr/yg,Yg=lg,Zg=zg*lg/ygXb=xb*lb/yb,Yb=lb,Zb=zb*lb/ybXw=xw*lw/yw,Yw=lw,Zw=zw*lw/ywlw=lr+lg+lb實驗中采用的RGB三基色LED芯片，其主波長分別為：DR=640.6n

10、m,DG=537.1nm,DB=462.9nm,通過光色電設(shè)備可以直接測得三種芯片的色坐標(biāo),如下表所示。顏色X坐標(biāo)Y坐標(biāo)主波長/nmR0.71840.2807641G0.22650.7069537B0.14410.0422463表1實驗中RGB三基色LED芯片色坐標(biāo)由此得到的三角圖為下圖所示:2.LED光通量計算計算中取暖色、正白、冷色三種色調(diào)，T=2300K（暖色），T=3000K（暖色）,T=5000K（正色）,T=6500K（冷色）,T=7000K（冷色）5-個色溫點。將表1,表2數(shù)據(jù)同時代入，通過計算得到5種色溫下RG曠基色LED配比不同色溫的白光時光通量的比例，如表3所示。色溫X坐標(biāo)

11、Y坐標(biāo)1/x1/y2300K0.4950.4151.19282.40963000K0.4360.403751.07992.47685000K0.34510.35160.98152.84416500K0.31350.32370.96853.08937000K0.3060.3160.96843.1646表2選取的色溫在黑體線上對應(yīng)的色坐標(biāo)光通與色溫2300K3000K5000K6500K7000Klr0.3780.3150.2380.2140.209ig0.6130.6670.7200.7310.733lb0.0080.0170.0410.0550.058表3理論計算得到的不同色溫下RGB的光通量

12、比例由分析可知，改變RGB三種顏色LED的比例，可以得到固定亮度檔次色度坐標(biāo)上符合要求的白光。隨著白光LED技術(shù)不斷完善、光效的提高、價格的降低,作為一種典型的綠色光源，顏色穩(wěn)定的三基色白光LED在實際中應(yīng)用的前景是十分看好的五、課程設(shè)計總結(jié)三基色合成白光RGEg然仍舊面臨著許多問題，但并不影響它成為照明市場中最重要的組成部分。實施照明光源暴露出許多關(guān)鍵問題是共同性的，特別是光效尤為重要。過對白光LED的研究和課設(shè)的進行，對其有了一個初步的認知與理解，目前影響我國白光LED的發(fā)展主要是高亮度藍光和紫外光芯片的制約，這些也是有待研究的角度以及問題，相信隨著不屑的發(fā)展和努力，光效高、價格低、顏色穩(wěn)定的白光LED將有著大好的發(fā)展前景。參考文獻：1. 黃煥安.LED驅(qū)動設(shè)計模擬太陽光譜R.桂林電子科技大學(xué),2011.RGE三基色合