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白光LED的发光原理

发布时间:2020-11-27 发布时间:
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1998年发白光LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。(如下图所示)

芯片数激发源发光材料发光原理
1蓝色LEDInGaN/YAGInGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光
蓝色LEDInGaN/荧光粉InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光
蓝色LEDZnSe由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光
紫外LEDInGaN/荧光粉InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光
2蓝色LED 黄绿LEDInGaN、GaP将具有补色关系的两种芯片封装在一起,构成白色LED
3蓝色LED 绿色LED 红色LEDInGaN AlInGaP将发三原色的三种小片封装在一起,构成白色LED
多个多种光色的LEDInGaN、GaP AlInGaP将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起,构成白色LED

表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉,其最好的发光效率约为25流明/瓦,YAG多为日本日亚公司的进口,价格在2000元/公斤;第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED,不过发光效率较差。
从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉:即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉,在未来较被看好的是三波长光,即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉,用于封装LED白光,预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小,稳定性要求也高,具体应用方面还在探索之中。
采用LED光源进行照明,首先取代耗电的白炽灯,然后逐步向整个照明市场进军,将会节约大量的电能。近期,白色LED已达到单颗用电超过1瓦,光输出25流明,也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色LED的效能进展。
表 二 单 颗 白 色L ED 的 效 能 进展

年份发光效能(流明/瓦)备注
19985
199915相若白炽灯
200125相若卤钨灯
200550估计

表三 长远发展目标

单颗白色LED
输入功率10瓦
发光效能100流明/瓦
输出光能1000流明/瓦


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